Исследование вынужденных колебаний и резонанса в электрическом колебательном контуре. Цель работы: изучение закономерностей вынужденных колебаний; определение резонансных кривых и измерение параметров контура.

Выполнить лабораторную работу:

Исследование вынужденных колебаний и резонанса в электрическом колебательном контуре.

Цель работы: изучение закономерностей вынужденных колебаний; определение резонансных кривых и измерение параметров контура.

Методика эксперимента 

Конденсатор, катушка индуктивности, активное сопротивление и источник переменной ЭДС, соединенные последовательно, образуют колебательный контур, в котором происходят вынужденные колебания.

Схема установки изображена на рис. 3. Конденсаторы с известной С и неизвестной C_x емкостью, катушки с известной L и неизвестной L_x индуктивностью и миллиамперметр для измерения силы тока в контуре смонтированы в лабораторном стенде и их выводы расположены на лицевой панели. Включение в цепь известных или неизвестных ёмкости или индуктивности производится соответствующими переключателями на стенде.

Активное сопротивление R контура задается магазином сопротивлений.

Источником переменной ЭДС служит генератор, создающий гармонические колебания напряжения. Частота колебаний ν устанавливается соотвествующими клавишами генератора, ручкой FREQUENCY (частота) и показывается на индикаторе. Амплитуда напряжения на выходе генератора регулируется ручкой AMPL.

Амплитуда колебаний силы тока в контуре измеряется миллиамперметром mA. 

Если в контуре один из параметров (L или C) неизвестен, то определяют резонансную частоту ν_рез и вычисляют неизвестную величину. 

Таким образом, установка может быть использована для определения неизвестной емкости C_x или неизвестной индуктивности L_x.

Приборы и принадлежности: лабораторный стенд; генератор; магазин сопротивлений.

Порядок выполнения работы 

1.  Объем работы и условия проведения опыта устанавливаются преподавателем или вариантом индивидуального задания.

2.Заполните табл.1 характеристик миллиамперметра.

Таблица 1

3.  Переключателями на стенде включите в контур известные емкость и индуктивность C = 0,03 мкФ,  L = 12,3 мГн.

4.  Рассчитайте теоретическое значение ν_рез. Значения L и С указаны на установке. 

5.  Включите генератор и установите частоту, равную полученному значению ν_рез. Ручкой AMPL генератора установите силу тока в контуре примерно равной 2/3 предела измерения миллиамперметра и в дальнейшем при снятии резонансной кривой не изменяйте амплитуду сигнала на выходе генератора.

6.  Изменяя с помощью ручки FREQUENCY частоту генератора в одну и в другую сторону от частоты ν_рез, проследите качественно на шкале миллиамперметра за изменением амплитуды колебаний в контуре. Результаты наблюдений запишите в отчет.

7.  При двух заданных значениях сопротивления R₁ и R₂ магазина измерьте резонансные кривые контура. Каждая кривая должна содержать не менее 8-10 значений частоты в интервале от 1 кГц до 20 кГц. Особенно подробно следует определять силу тока в контуре в области резонансной частоты ν_рез. Результаты измерений занесите в табл. 2.

Таблица 2

8.  Постройте на одном графике обе резонансные кривые, откладывая по оси абсцисс частоту ν, а по оси ординат – силу тока I. 

На каждой кривой укажите активное сопротивление контура, которое складывается из сопротивления магазина R и сопротивления катушки R_L, значение которого указано на установке. Обсудите зависимость ν_рез и формы резонансной кривой от сопротивления контура.

9.  Включите в контур неизвестную индуктивность L_x вместо известной. По максимуму тока в контуре определите ν_рез и вычислите величину L_x.

10. Измерьте неизвестную емкость C_x. Для этого включите в контур известную индуктивность L и неизвестную емкость C_x. По максимуму тока в контуре определите ν_рез и вычислите неизвестную C_x.