Лабораторные работы по физике

Теоретическая часть.

Рисунок 1.

Уравнение, которому удовлетворяет ток I в колебательном контуре (рис.1) с подключенным к нему генератором синусоидальной ЭДС e = e 0 cos w t имеет вид:

(1) где:

R - сопротивление резистора, L - индуктивность катушки, С - емкость конденсатора,

e 0 , w - амплитуда и круговая частота синусоидальной ЭДС. Общее решение неоднородного линейного уравнения (1):

(2) где:

I 0 - амплитуда вынужденных колебаний тока. D j - разность фаз между ЭДС и током.

(3)

(4)

Собственные колебания:

Если b 2 w 0 2 , то есть R

, то w - действительная и собственная частота колебаний представляет собой квазипериодический процесс с круговой частотой w ,

За характерное время

( t - время релаксации) амплитуда тока уменьшается в е раз, то есть эти колебания практически затухают.

Если b 2 ³ w 0 2 , то w - мнимая частота, и колебания представляют собой апериодический процесс.

Вынужденные колебания: c течением времени первый член в формуле (2) обращается в ноль и остается только второй, описывающий вынужденные колебания тока в контуре.

R . При совпадении частоты ЭДС с собственной частотой контура ( w = w 0 ), амплитуды колебаний тока и напряжения U R 0 на резисторе максимальны.

Большой селективный отклик колебательной системы на периодическое внешнее воздействие называется резонансом.

Экспериментальная часть.

Результаты эксперимента:

№	f, кГц	e ЭФ , мВ	U R ЭФ , мВ	a	b	, 10 -4	D j , °
1	180	200	24	4,0	3,4	1,2	58
2	190	190	32	5,2	4,0	1,7	51
3	195	185	38	6,0	4,3	2,0	48
4	200	180	45	2,8	2,0	2,5	46
5	205	170	54	3,2	2,0	3,2	38
6	210	155	63	3,8	2,0	4,1	32
7	215	142	72	4,2	1,0	5,1	14
8	218	138	75	4,4	0,0	5,4	0
9	220	135	76	4,3	0,5	5,6	6
10	225	140	73	4,2	1,8	5,2	25
11	230	150	65	3,8	2,6	4,3	43
12	235	165	56	3,5	2,6	3,4	48
13	240	175	48	3,0	2,7	2,7	64
14	250	180	36	2,2	2,1	2,0	76
15	260	195	28	1,8	1,7	1,4	90
16	270	200	22	1,6	1,6	1,1	90
17	280	200	18	1,3	1,3	0,9	90
18	290	200	15	1,0	1,0	0,8	90
19	300	205	12	1,0	1,0	0,6	90

Задание 1. Исследование зависимости амплитуды вынужденных колебаний от частоты (резонансная кривая). Исходные данные: U вых =200 мВ, e ЭФ =200 мВ. f [180;300] кГц.

Расчеты необходимых величин: 1. f 0 = 220 кГц - частота резонанса. Строим график зависимости ,где w 1 и w 2 - значения частот на уровне Из экспериментального графика видно, что он по своей форме совпадает с графиком, полученным теоретически из формулы: Исследование зависимости разности фаз между ЭДС и током в контуре. Из экспериментального графика D j = F ( f ) получаем: f 0 =218 кГц. Сравнивая полученные результаты с результатами из предыдущего опыта видно, что различие в величинах w 0 и L незначительны. Можно сделать вывод, что при резонансной частоте X L » X C и величина импеданса цепи минимальна.

Рисунок 2.

Задание 2. Исследование собственных электрических колебаний.

На данном рисунке представлена форма затухающих колебаний напряжения U C на конденсаторе, полученная с помощью осциллографа.

Лабораторные работы по физике

Категории