Загрузка...
Учебная работа. Реферат: Лабораторные работы по физике
Нижегородский
государственный
Технический
Университет.
Лабораторная
работа по физике
№2-23.
изучение
основных правил
работы с
радиоизмерительными
приборами.
Выполнил
студент
Группы
99 – ЭТУ
Наумов
Антон Николаевич
Проверил:
Н. Новгород
2000г.
Цель
работы:
знакомство
с основными
характеристиками
радиоизмерительных
приборов, правилами
их подключения
к измеряемому
объекту, методикой
проведения
измерений и
оценкой их
погрешностей.
Задание
№1:
Измерение
напряжения
сигнала генератора.
Приборы:
генератор
сигнала Г3,
вольтметры
В3 и В7.
Экспериментальная
часть.
1). Установили
на генераторе
частоту выходного
сигнала f
= 5кГц, напряжение
U = 2В.
Измерили
вольтметром
В3 выходное
напряжение
Ux=2В.
Погрешность
измерения.
U=Ux
U=(2
0,4) B.
2). Измерили
вольтметром
В7 выходное
напряжение
Ux=2,01В.
Погрешность
измерения.
U=Ux
U=(2,01
0,01)
B.
Задание
№2:
анализ
формы и измерение
параметров
синусоидального
сигнала с помощью
осциллографа.
Приборы:
генератор
сигнала Г3,
вольтметры
В3 и В7, осциллограф
С1.
Экспериментальная
часть.
1). Установили
на генераторе
Г3 напряжение
U = 2В.
Измерили
вольтметром
В3 выходное
напряжение
Ux=2В;
на вольтметре
В7: Ux=2В.
Получили
на экране
осциллографа
изображение:
АО=1,4 см, Х = 4
см.
Измерим
амплитуду
сигнала:
Показания
осциллографа
совпадают с
показаниями
вольтметров.
2). Измерили
период (Т) и частоту
сигнала (f):
Показания
осциллографа
совпадают со
значением на
шкале генератора.
Задание
№3:
Измерение
частоты с помощью
частотомера
и осциллографа.
Приборы:
генератор
сигнала Г3,
вольтметры
В3 и В7, осциллограф
С1, частотомер
Ф.
Экспериментальная
часть.
1). Измерили
частоту сигнала
частотомером:
Погрешность
измерения:
Показания
генератора:
fx
= 5кГц.
2). Рассчитаем
частоту сигнала
по показаниям
осциллографа:
Х = 2 см.
Показания
всех приборов
совпадают.
Задание
№4:
Измерение фаз
двух синусоидальных
сигналов с
помощью осциллографа.
Приборы:
генератор
сигнала Г3,
осциллограф
С1, схема RC.
Экспериментальная
часть.
OA = 1,9
см, ОВ = 1,7 см.
Т.к.
,
а
— разность фаз
синусоидальных
сигналов,
то
Задание
№5:
анализ формы
и измерение
параметров
импульсного
сигнала с помощью
осциллографа.
Приборы:
генератор
сигнала Г5,
осциллограф
С1.
Экспериментальная
часть.
1).Установим
длительность
импульсов
= 500 мкс, частоту
повторений
fП=490Гц,
амплитуду
Um=1,32B
2).Получили
на экране следующее
изображение:
Вычислим
амплитуду
импульсов:
Полученный
результат
совпадает с
показаниями
вольтметра
генератора.
Измерим
длительность
импульсов:
Измерим период
и частоту повторений
импульсов:
полученные
результаты
приблизительно
совпадают с
показаниями
генератора.
Вывод:
на этой
работе мы
ознакомились
с основными
характеристиками
радиоизмерительных
приборов, правилами
их подключения
к измеряемому
объекту, методикой
проведения
измерений и
оценкой их
погрешностей.
4
НГТУ
Нижегородский
государственный
Технический
Университет.
Лабораторная
работа по физике
№2-24.
Экспериментальные
исследования
электростатических
полей с помощью
электролитической
ванны
Выполнил студент
Группы
99 – ЭТУ
Наумов Антон
Николаевич
Проверил:
Н.
Новгород 2000г.
Цель
работы:
изучение
метода моделирования
электростатических
полей в электролитической
ванне и исследование
их характеристик
в пространстве
между электродами
различной
формы.
Теоретическая
часть.
Электростатическое
поле — поле,
создаваемое
покоящимися
электрическими
зарядами.
Характеристиками
этого поля
являются
напряженность
и потенциал
,
которые связаны
между собой
следующим
соотношением:
.
В декартовой
системе координат:
,
где
единичные
орты.
удобной
моделью электрического
поля является
его изображение
в виде силовых
и эквипотенциальных
линий.
Силовая
линия —
линия, в любой
точке которой
направление
касательной
совпадает с
направлением
вектора напряженности
Эквипотенциальная
поверхность
— поверхность
равного потенциала.
На практике
электростатические
поля в свободном
пространстве
создаются
заданием на
проводниках
— электродах
электрических
потенциалов.
Потенциал
в пространстве
между проводниками
удовлетворяет
уравнению
Лапласа:
.
В декартовой
системе координат
оператор Лапласа:
.
Решение
уравнения
Лапласа с граничными
условиями на
проводниках
единственно
и дает полную
информацию
о структуре
поля.
Экспериментальная
часть.
Схема экспериментальной
установки.
методика
эксперимента:
В эксперименте
используются
следующие
приборы: генератор
сигналов Г3
(I), вольтметр
универсальный
B7 (2) c зондом (3),
электролитическая
ванна (4) с набором
электродов
различной формы
(5).
Устанавливаем
в ванну с дистилированной
водой электроды.
Собираем схему,
изображенную
на РИС. 1. Ставим
переключатель
П в положение
“U”. Подготавливаем
к работе и включаем
приборы. Подаем
с генератора
сигнал частоты
f=5 кГц и напряжением
U=5 В, затем ставим
переключатель
П в положение
“S”. далее, помещаем
в ванну электроды
различной формы
( в зависимости
от задания ) и
затем, водя по
ванне зондом,
определяем
4 — эквипотенциальные
линии: 1B, 2B, 3B, 4B. И так
далее для каждого
задания.
Задание
№1. исследование
электростатического
поля плоского
конденсатора.
Таблица
1. Зависимость
потенциала
от расстояния.
=
(x),В
x
y
=
(x),В
x
y
=
(x),В
x
y
=
(x),В
x
y
0
-11
0
1,38
-5
0
2,88
1
0
4,34
7
0
0,14
-10
0
1,62
-4
0
3,13
2
0
4,57
8
0
0,37
-9
0
1,88
-3
0
3,40
3
0
4,8
9
0
0,62
-8
0
2,14
-2
0
3,65
4
0
4,99
10
0
0,82
-7
0
2,37
-1
0
3,88
5
0
4,99
11
0
0,1
-6
0
2,64
0
0
4,10
6
0
Таблица
2. Эквипотенциальные
линии.
=
(x),В
x
y
=
(x),В
x
y
=
(x),В
x
y
=
(x),В
x
y
1
-5,7
9
2
-1,6
9
3
2,6
9
4
6,6
9
1
-5,8
6
2
-1,5
6
3
2,5
6
4
6,4
6
1
-5,7
3
2
-1,5
2
3
2,5
3
4
6,5
3
1
-5,7
0
2
-1,5
0
3
2,5
0
4
6,5
0
1
-5,7
-3
2
-1,5
-3
3
2,6
-3
4
6,5
-3
1
-5,7
-6
2
-1,5
-6
3
2,6
-6
4
6,5
-6
1
-5,8
-9
2
-1,5
-9
3
2,6
-9
4
6,5
-9
Обработка
результатов
измерений.
1). График
зависимости
.
2). Зависимость
.
при x
при
при x>x2
3). Погрешность
измерения Е:
.
Е = (Е
Е)
= (25
0,15)
4). Силовые
и эквипотенциальные
линии электростатического
поля плоского
конденсатора
5). Задача
№1.
6). задача
№2.
; 
Задание
№2.
Исследование
электростатического
поля цилиндрического
конденсатора.
Радиусы
цилиндров A
=3,5 см, В=8,8см
Таблица
3. Зависимость
r),В
r,см
r),В
r,см
0,06
0
2,84
6
0,05
1
3,65
7
0,05
2
4,32
8
0,05
3
4,85
9
0,82
4
4,86
10
1,96
5
Таблица
4. Эквипотенциальные
линии.
(x,y)
x
y
(x,y)
x
y
(x,y)
x
y
(x,y)
x
y
1
4
0
2
4,9
0
3
6,2
0
4
7,4
0
1
3,5
2
2
4,6
2
3
5,5
3
4
6,9
3
1
2,6
3
2
3
4
3
3,6
5
4
4,5
6
1
0
3,9
2
0
5
3
0
6,2
4
0
7,6
1
-2,6
3
2
-3,1
4
3
-3,7
5
4
-7
3
1
-3,6
2
2
-4,7
2
3
-5,5
3
4
-4,7
6
1
-4,2
0
2
-5,1
0
3
-6,3
0
4
-7,6
0
1
-3,7
-2
2
-4,8
-2
3
-5,3
-3
4
-6,8
-3
1
-2,9
-3
2
-3,2
-4
3
-3,6
-5
4
-4
-6
1
0
-4
2
0
-5,1
3
0
-6,2
4
0
-7,5
1
2,8
-3
2
-3
-4
3
3,6
-5
4
4,1
-6
1
3,6
-2
2
-4,7
-2
3
5,5
-3
4
7
-3
1).
График
зависимости
r)
2). График
зависимости
ln
r)
3). График
зависимости
E = E (r).
4).
График
зависимости
E = E (1/r).
5). Эквипотенциальные
линии.
6). Расчет
линейной плотности
на электроде.
7). задача №1.
L = 1м
8). Задача №2.
r1
= 5см, r2
= 8см, l = 0,1м
Задание
№3. исследование
электростатического
поля вокруг
проводников.
Таблица №5.
(x,y)
x
y
(x,y)
x
y
(x,y)
x
y
(x,y)
x
y
1
-3,6
8
2
0,8
8
3
5,9
9
4
7,2
3
1
-3,7
7
2
0,7
7
3
5,7
8
4
5,9
2
1
-3,7
6
2
0,5
6
3
5,2
7
4
5,4
1
1
-4
5
2
0,3
5
3
4,7
6
4
5,2
0
1
-4,7
4
2
0,2
4
3
4,4
5
4
5,4
-1
1
-5
3
2
0,1
3
3
4,1
4
4
6,2
-2
1
-5,2
2
2
0,6
-3
3
3,9
3
4
7,6
-3
1
-5,2
1
2
0,7
-4
3
3,8
2
1
-5
0
2
1
-5
3
4,1
-2
1
-4,9
-1
2
1,2
-6
3
4,4
-3
1
-4,7
-2
2
1,4
-7
3
4,8
-4
1
-4,4
-3
2
1,5
-8
3
5,5
-5
1
-4,2
-4
2
1,6
-9
3
6
-6
1
-4
-5
3
6,7
-7
1
-3,7
-6
3
7,3
-8
1
-3,6
-7
3
7,7
-9
1). Потенциал
на электродах:
пластинке
и втулке постоянен,
то есть они
являются
эквипотенциальными
поверхностями.
внутри полости
потенциал также
постоянен.
Таблица 6.
(x,y)
x
y
1,97
-3
0
1,95
3
0
1,96
2
-1
1,95
-3
-2
1,95
0
0
1,96
-1
0
2). Распределение
потенциала
вдоль линии,
охватывающей
пластинку и
расположенной
на расстоянии
L = 3
мм от
её края.
Таблица 7.
(x,y)
x
y
3,05
4
0
1,2
-4,2
0
1,92
0
-2,5
1,99
0
2
1,5
-3
2,1
1,31
-3
-3
2,23
2
-2
2,3
2
15
3).
Эквипотенциальные
линии.
4). Определение
средней напряженности
поля в нескольких
точках вдоль
силовой линии.
.
а).
б).
в).
5).
,
.
Таблица 8.
X, см
y, см
,
Кл/м2
E, В/м
, Дж/м3
4
0
3,2410-9
366,6
5,9510-7
-4,2
0
2,2110-9
250
2,7710-7
0
-5
8,8510-11
10
4,4310-10
0
2
1,1810-10
13,3
7,8210-10
-3
2,7
1,3310-9
150
9,9610-8
-3
-3
1,910-9
213
2,0010-7
2
-2
8,2310-10
93
3,8010-8
2
1,5
1,0210-9
116
5,9510-8
Вывод.
В ходе
работы получены
картины силовых
и эквипотенциальных
линий плоском
и цилиндрическом
конденсаторах,
а также вокруг
проводника,
помещенного
в электростатическое
поле. Установлено,
что проводники
и полости внутри
них в электростатическом
поле являются
эквипотенциальными
поверхностями.
В плоском
конденсаторе
поле сосредоточено
между пластинами,
оно является
однородным,
а потенциал
изменяется
линейно.
В
цилиндрическом
конденсаторе
поле также
сосредоточено
между пластинами,
его напряженность
обратно пропорциональна
расстоянию
от оси конденсатора
до точки измерения.
Потенциал
изменяется
логарифмически.
Поток
вектора напряженности
поля через
коаксиальные
с электродами
цилиндрические
поверхности
постоянен, что
совпадает с
теоретическими
предположениями
(теорема Гаусса).
11
НГТУ
Нижегородский
Государственный
Технический
университет.
Лабораторная
работа по физике
№
2-26.
Исследования
магнитных полей
в веществе.
Выполнил
студент
Группы
99 – ЭТУ
Наумов
Антон Николаевич
Проверил:
Н.
Новгород 2000г.
Цель
работы:
получение
зависимостей
индукции магнитного
поля, намагниченности
и магнитной
проницаемости
ферромагнетика
от напряженности
магнитного
поля; наблюдение
петли гистерезиса
для различных
ферромагнетиков;
изучение магнитных
цепей.
Практическая
ценность работы:
экспериментально
изучаются
важнейшие
свойства
ферромагнетиков
наличных марок:
НМ 3000, НМ 600, ППГ
(прямоугольная
петля гистерезиса).
Теоретическая
часть.
Опыт 1.
Снятие
основной кривой
намагничивания
(ОКН) ферромагнетика.
Схема
экспериментальной
установки.
Cобрали
цепь по схеме,
показанной
на РИС. 1. Для этого
вольтметры
V1 и V2 подключили
к клеммам A-B и
С-D — на верхней
крышке макета
соответственно.
Переключатель
К поставили
в позицию 1. При
этом исследовали
трансформатор,
кольцевой
сердечник
которого выполнен
из ферита марки
НМ 600, сопротивление
R0=1 Ом. таким образом,
показания
вольтметров
численно равны:
V1 — эффективному
значению тока,
текущего в
текущей обмотке
исследуемого
трансформатора;
V2 — эффективному
значению ЭДС
во вторичной
обмотке. С помощью
движка потенциометра
R установили
ток равный 0,5
А и плавно уменьшили
его до нуля.
Сняли показания
вольтметров
V1 и V2.
Данные для
расчетов:
используемые
формулы:
Таблица №
1. Результаты
расчетов.
№
U1,
В
2,
В
Im,
А
m,
В
Hm,А/м
Вm102,Тл
Jm10-3,А/м
102
1
0,04
0,01
0,06
0,02
3,75
0,1
0,78
2,1
2
0,10
0,18
0,14
0,25
8,75
1,6
12,77
14,6
3
0,14
0,34
0,20
0,48
12,50
3,1
24,61
19,7
4
0,21
0,73
0,30
1,03
18,75
6,6
52,50
28,0
5
0,29
1,13
0,41
1,60
25,63
10,2
81,25
31,7
6
0,36
1,42
0,51
2,01
31,88
12,8
102,02
32,0
7
0,40
1,57
0,57
2,22
35,63
14,1
112,23
31,5
8
0,48
1,79
0,68
2,53
42,50
16,1
127,93
30,1
9
0,54
1,91
0,76
2,70
47,50
17,2
136,80
28,8
10
0,59
1,99
0,83
2,81
51,86
17,9
142,62
27,5
11
0,65
2,10
0,92
2,97
57,50
18,9
150,08
26,1
12
0,70
2,14
0,99
3,03
61,88
19,3
153,46
24,8
13
0,76
2,22
1,07
3,14
66,88
20,0
159,17
23,8
14
0,84
2,29
1,19
3,24
74,38
20,6
164,38
22,1
15
0,90
2,33
1,27
3,30
79,38
21,0
167,49
21,1
16
0,95
2,36
1,34
3,34
83,75
21,3
169,18
20,2
17
1,00
2,40
1,41
3,39
88,13
21,6
171,85
19,5
Опыт 2.
наблюдение
петли гистерезиса.
Для изготовления
постоянного
магнита лучше
использовать
ППГ, так как
его коэрцитивная
сила больше,
чем у НМ-3000, а поэтому
его сложней
размагнитить.
Для изготовления
сердечника
силового
трансформатора
лучше взять
ферромагнетик
с меньшей
коэрцитивной
силой, чтобы
снизить затраты
на его перемагничивание.
Опыт 3.
исследование
сердечника
с зазором.
Графики.
График
зависимости
В=В(Н) График
зависимости
=(Н)
График
зависимости
J=J(H)
Вывод:
на этой
работе мы получили
зависимости
индукции магнитного
поля, намагниченности
и магнитной
проницаемости
ферромагнетика
от напряженности
магнитного
поля; наблюдали
за петлей гистерезиса
для различных
ферромагнетиков;
изучили магнитные
цепи.
4
НГТУ
Нижегородский
Государственный
технический
Университет.
Лабораторная
работа по физике
№2-27.
исследование
электрических
колебаний.
Выполнил
студент
Группы 99 –
ЭТУ
Наумов Антон
Николаевич
Проверил:
Н. Новгород
2000г.
Цель
работы:
экспериментальное
исследование
собственных
и вынужденных
колебаний тока
и напряжения
на элементах
в колебательном
контуре; измерение
параметров
контура: индуктивности
L,
сопротивления
R, добротности
Q; исследование
прохождения
синусоидального
тока через
LCR-цепь.
Теоретическая
часть.
Рисунок 1.
Уравнение,
которому
удовлетворяет
ток I в
колебательном
контуре (рис.1)
с подключенным
к нему генератором
синусоидальной
ЭДС =0cost
имеет
вид:
(1)
где:
—
коэффициент
затухания.
—
собственная
круговая частота,
R —
сопротивление
резистора, L
— индуктивность
катушки, С — емкость
конденсатора,
;
0,
— амплитуда и
круговая частота
синусоидальной
ЭДС.
Общее решение
неоднородного
линейного
уравнения (1):
(2)
где:
—
круговая частота
собственных
затухающих
колебаний тока.
и
—
начальные
амплитуда и
фаза собственных
колебаний.
I0
— амплитуда
вынужденных
колебаний тока.
— разность
фаз между ЭДС
и током.
(3)
(4)
—
импеданс цепи.
—
индуктивное
сопротивление,
—
емкостное
сопротивление.
Собственные
колебания:
Если 2