Лабораторная работа № 01 / ЛР-1а Вводное зание.doc

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

( ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ )

КАФЕДРА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

И.Н.ГОРБАТЫЙ

В.П. РОМАНОВ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 01

ПРИОБРЕТЕНИЕ НАВЫКОВ РАБОТЫ С ГЕНЕРАТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ, ВОЛЬТМЕТРОМ И ОСЦИЛЛОГРАФОМ

Лабораторный практикум по курсу общей физики

“ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ”

МОСКВА - 1999

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 01

ПРИОБРЕТЕНИЕ НАВЫКОВ РАБОТЫ С ГЕНЕРАТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ, ВОЛЬТМЕТРОМ И ОСЦИЛЛОГРАФОМ

Описание установки. Конденсатор и резистор соединены последовательно и подключены к генератору переменного напряжения. Один из вольтметров измеряет напряжение на выходе генератора, другой - на резисторе R. Электронный осциллограф позволяет наблюдать зависимость напряжения на резисторе от времени (рис.1).

Пояснения и рекомендации

1. Вольтметр V_G измеряет эффективное значение напряжения на

Генератор Г3-109 вырабатывает переменное напряжение с регулируемыми амплитудой U_m и частотой . Амплитуда U_m устанавливается ручкой «Регулировка выхода», частота  - переключателем «Множитель» и ручкой плавной регулировки частоты.

Многофункциональный вольтметр В7-37 может измерять напряжения постоянного и переменного тока, а также электрическое сопротивление. В данной работе используется режим измерения переменного напряжения. При этом вольтметр показывает эффективное значение переменного напряжения , которое связано с амплитудой U_m соотношением

.

После нажатия кнопки, соответствующей выбранному режиму измерений, необходимо установить «предел измерений». Когда величина измеряемого напряжения заранее не известна, то на всякий случай предел измерения выбирают заведомо большим. Если, например, нажать на кнопку «200», то вольтметр можно использовать для измерения напряжений до = 200 В.

Отметим, что, что все электронные вольтметры различных марок устроены весьма похожим образом (как, например, все телевизоры или магнитофоны), хотя для проведения аккуратных измерений с минимальной погрешностью и для правильного вычисления этой погрешности необходимо обратиться к техническому описанию прибора.

Упражнение 1. Измерьте падение напряжения на резисторе и рассчитайте эффективное значение протекающего через конденсатор тока. Измерения следует провести при указанных в Таблице 1 значениях частоты  и напряжения на выходе генератора. Значение сопротивления резистора R приведено на стенде.

Выполнение упражнения

Электронный осциллограф позволяет наблюдать на экране зависимость от времени измеряемого напряжения. Подключается он так же, как и вольтметр, при этом в каждый момент времени вертикальное отклонение электронного луча пропорционально измеряемому в этот момент напряжению. Устройство осциллографа предусматривает равномерное перемещение луча в горизонтальном направлении с регулируемой скоростью. Переключатель «Время/деление» («TIME/DIV») позволяет выбирать эту скорость. Ясно, что на экране осциллографа должен наблюдаться график зависимости , причем масштаб по координатным осям можно изменять переключателями «Вольт/деление» («V/DIV») и «Время/деление».

На передней панели осциллографа находятся также ручки регулировки яркостью и фокусировкой электронного луча, ручки смещения луча по вертикали и горизонтали. Есть также несколько кнопок и ручек, для обеспечения так называемой синхронизации: движение луча по горизонтали должно начинаться всегда при одной и той же фазе измеряемого сигнала - тогда при многократном «пробеге» луча на экране осциллографа будет формироваться неподвижная картинка.

Упражнение 2. Используя осциллограф, измерьте амплитуду напряжения на резисторе R и период T гармонических колебаний этого напряжения. По измеренным значениям рассчитайте эффективное значение напряжения и частоту синусоидального сигнала. Сравните полученные значения и  с показаниями вольтметра V_R и генератора.

Упражнение 3. Вольт-амперная характеристика некоторого образца имеет степенную зависимость вида , где  - сила тока,  - напряжение,  - константа,  - показатель степени. Обрабатывая результаты измерений такого образца, приведенные в Таблице 3, найти значения константы и показателя степени и оценить их погрешности.

Пояснения и рекомендации к упражнению 3.

1. Графический анализ различных функциональных зависимостей обычно проводят, представляя их в так называемых «спрямляющих» координатах. В случае степенной зависимости такими спрямляющими координатами являются логарифмические координаты. Действительно, в нашем случае является уравнением прямой, которое при введении обозначений , и может быть записано в каноническом виде .

2. Зная абсолютные погрешности и , можно найти и абсолютные погрешности и , а именно, и .

3. Составить таблицу, включающую значения , , и . Затем в системе координат  -  нанести экспериментальные точки (, ) с указанием поля ошибок и и провести прямую линию так, чтобы она прошла как можно ближе к нанесенным точкам, причем число точек по обе стороны этой прямой должно быть примерно одинаковым (см. рис. 2).

4. Значение углового коэффициента находится как отношение приращения функции к приращению аргумента, а именно:

,

где и  - значения функции, соответствующие значениям аргумента и . Значение свободного члена находится по значению при . Зная значение , можно найти и значение константы ( ).

5. Для определения абсолютных погрешностей параметров и можно воспользоваться одним из наиболее простых способов. Через концы отрезков, характеризующих погрешность точек, наиболее удаленных от прямой, проводятся вспомогательные прямые, параллельные данной (пунктирные линии на рис. 2). Следует отметить, что точки, имеющие грубую погрешность, во внимание не принимаются. Крайние точки отрезков параллельных прямых, отсекаемые прямыми, проведенными через крайние экспериментальные точки перпендикулярно этим параллельным линиям, соединяются крест-накрест прямыми и находятся их угловые коэффициенты и и свободные члены и . Тогда абсолютная погрешность величины примерно равна , а погрешность величины примерно равна .

6. Зная абсолютную погрешность , можно найти абсолютную погрешность константы , используя соотношение . Откуда .

7. В заключение следует записать значения показателя степени и константы с учетом их погрешностей, а именно, и .

Таблица 1. Параметры выходного сигнала генератора

Таблица 2. Пределы допустимых основных погрешностей вольтметров

Примечание:  - напряжение, равное выбранному пределу измерений;

 - измеренное напряжение.

Таблица десятичных логарифмов