Эксперимент в физике. Физический практикум. - Шутов В. И.
ISBN:5-9221-0632-5
Скачать (прямая ссылка):
2. Установите переключатель «В/дел» в такое положение, чтобы амплитуда изображения составляла около шести делений.
3. Установите переключатель «время/дел» в такое положение, в котором расстояние между измеряемыми точками будет меньше 10 делений.
4. Установите ручкой «УРОВЕНЬ» устойчивое изображение.
5. Установите ручку <ф> вертикального перемещения так, чтобы точки, между которыми измеряется время сигнала находились на горизонтальной центральной линии (рис. 9 б).
6. Измерьте горизонтальное расстояние между измеряемыми точками.
7. Умножьте это расстояние на коэффициент развертки.
90
Изучение работы электронного осциллографа
8. Для измерения частоты периодического сигнала необходимо измерить расстояние по горизонтали между точками отстоящими на период Т.
1
Далее по известной формуле и = — вычислите частоту сигнала.
В работе учащимся предлагается провести вышеуказанные измерения с сигналами сложной формы, которые получены путем наложения нескольких синусоид с различными фазовыми сдвигами.
максимум расположен на градуированной вертикали горизонтальное расстояние
->
Рис. 9.
Контрольные вопросы
• Перечислить основные узлы осциллографа, их назначение.
• Рассказать об основных режимах работы осциллографа.
• Объяснить назначение основных органов управления осциллографа.
• Как на осциллографе измеряется напряжение сигнала?
• Как с помощью осциллографа измерить частоту периодического сигнала?
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 13
Целью работы является изучение сложения взаимно перпендикулярных колебаний, измерение частоты колебаний путем исследования фигур Лиссажу.
Теоретическое введение
Допустим, что материальная точка может совершать колебания как вдоль оси х, так и вдоль перпендикулярной ей оси у. Если возбудить оба колебания, точка будет двигаться по некоторой, вообще говоря, криволинейной траектории, форма которой зависит от разности фаз обоих колебаний. Если начало отсчета времени выбрать так, чтобы начальная фаза колебаний вдоль оси х была равна нулю, уравнения запишутся как
х = о, cos cut j у = cos (cut + о), (1)
где а — разность фаз обоих колебаний. Чтобы получить уравнение траектории, нужно исключить из (1) время. Из первого уравнения следует, что
cos cut = - . (2)
а
Поэтому
smut = ±у 1 - ^ . (3)
Развернув косинус во втором уравнении по формуле для косинуса суммы, подставляя при этом вместо cos ut и sin ujt их значения из (2) и (3), получим
У - х + \л ............ х*
собо. ± яша\ 1 —
а а у а2
Последнее уравнение после несложных преобразований можно привести к виду
х2 , гг 2x11 . о
— + — — —- соза = 81п а. а2 Ъ2 аЪ
Определим форму траектории для некоторых частных случаев. 1. Разность фаз а равна нулю. В этом случае
У а Ь >
ИЗМЕРЕНИЕ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ ПУТЕМ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИГУР ЛИССАЖУ
2
92
Измерение частоты. Фигуры Лиссажу
Это уравнение прямой
Ь
У = - х.
а
Результирующее движение является гармоническим колебанием вдоль этой прямой (рис. 1 а).
2. Разность фаз а равна =Ьтг. В этом случае уравнение (4) имеет вид
V а Ь /
И
Ь
У = — х. а
Результирующее движение является гармоническим колебанием вдоль этой прямой (рис. 1 б)
3. При а = ±7г/2 уравнение (4) переходит в
— + у! = 1
а2 Ь2
Это уравнение эллипса. При равенстве амплитуд а и Ь эллипс вырождается в окружность.
Когда частоты взаимно перпендикулярных колебаний не одинаковы,
Рис. 1.
точка в своем движении будет описывать сложную замкнутую кривую, которую называют фигурой Лиссажу (рис. 2).
Если провести линии, касательные полученной фигуре Лиссажу и параллельные осям координат, то отношение числа точек касания вдоль линии параллельной оси х к числу точек касаний вдоль линии параллельной оси
у будет равно отношению частот — .
шг
Из приведенного примера становится ясно, что подавая два синусоидальных сигнала соответственно на пластины горизонтального и вертикального отклонения ЭЛТ (при этом генератор развертки отключен), мы
Измерение частоты. Фигуры Л ас сажу
93
можем получить на экране осциллографа при выполнении указанных выше условий фигуры Лиссажу. При этом вид полученных фигур будет зависеть от соотношения частот и фаз подаваемых сигналов. При этом, если частота одного из сигналов известна (опорная частота), то получив на экране осциллографа устойчивое изображение фигуры Лиссажу, можно найти частоту исследуемого сигнала. При этом точность оценки определяется, в основном, точностью определения частоты опорного сигнала и существенно выше других методов определения частоты.
Экспериментальная часть
1. Отключив генератор развертки, выставьте луч в центр экрана.
2. Подключите сигнал опорной частоты 50 Гц (выход «» ЛИП-90 ко входу «У», а исследуемый сигнал с выхода генератора к входу «X» осциллографа.
3. Изменяя частоту генератора, добейтесь устойчивого изображения на осциллографе, зарисуйте в тетради 2-3 формы фигур Лиссажу, определите соответствующую частоту сигнала генератора.
1 Г \у 1
[у Ц J ^ 1 Ю у / и ^ = 2 г = 4/3
