Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
как и ожидалось.
Перед началом самого опыта рассмотрите его основные идеи, воспользовавшись для этого рядом простых рисунков (рис. 6 и 7). Схему подключения катодно-лучевой трубки к источникам питания см. в Р. 1.1, рис. 6. Чтобы получить эллиптическую траекторию на
экране катодно-лучевой труб-_0 ки, необходимо иметь источник синусоидального напря-Вбвевд жения в интервале частот 10—50 Мгц с амплитудой не _о менее 10 е. Типичная «блок-схема» высокочастотного ге-рис. 8. нератора показана на рис. 8.
(Блок-схема часто используется для того, чтобы показать функциональные узлы схемы, не рисуя самих электрических цепей.) Основным узлом генератора является осциллятор 7, частота которого определяется резонансным контуром, состоящим из индуктивности Ь, включенной параллельно с переменной емкостью С. При перемене положения указателя частоты меняется величина емкости С. Когда мы производим переключение частотных полос, происходит включение другой величины индуктивности Ь. Генератор снабжен буферным усилителем 5, который отделяет осциллятор от нагрузки. Это необходимо для того, чтобы частота и амплитуда осциллятора не менялись при изменении внешней нагрузки.
К сожалению, у большинства высокочастотных генераторов максимум выходного сигнала не превышает 0,1 е, что явно недостаточно для нашего опыта. Так как уровень сигнала на резонансном контуре составляет 10 в или больше, мы изменили схему генератора, чтобы работать с этим напряжением. При этом, к сожалению, уровень еыходного сигнала сильно зависит от частоты, а калибровка шкалы не является надежной. На рис. 9 приведена типичная калиб-
46
ровочная кривая шкалы генератора в двойном логарифмическом масштабе. Если эта градуировка не подходит к вашему экспериментальному устройству, вы можете сделать независимое определение частоты своего генератора, используя радиоприемник или какой-либо частотомер.
Заметьте (это видно на рис. 9), что расхождение между калибровочной частотой и частотой выходного сигнала наибольшее на вершине каждой полосы. Расхождение в частоте возникает от дополнительной емкости двойного соединительного провода и отклоняющих пластин. Так как при уменьшении переменной емкости С
50\-1-1 1111111-1-г—гл
40--—---------—
80 —------------
2
11-1-1—I I Mill-1_I, 1 I
/ 2 4 6 8 70 20 30 40 SO Положениертатещ Мщ
Рис. 9.
частота осциллятора увеличивается, мы можем, по крайней мере качественно, понять ход кривых на рис. 9.
Приложим высокочастотное отклоняющее напряжение к горизонтально и вертикально отклоняющим пластинам. ПостараемШ* работать при возможно большей радиочастоте и низком отклоняющем потенциале Ks=Vb + Vc. чтобы получить эллипс. Чтобы было удобно наблюдать за лучом на экране, вы можете накрыть катодно-лучевую трубку или выключить свет в комнате. С помощью рис. 5 мы можем определить величину sin о)Д?, а имея градуировочную кривую и зная положение указателя шкалы, мы определим частоту. Найдите, чему равно At (не забудьте, что ю=2яг)? Измерьте расстояние AL между вертикально и горизонтально отклоняющими пластинами либо в открытой трубке, либо по теневому рентгеновскому снимку. Вычислите скорость электрона v. Какую скорость имеет электрон, ускоренный разностью потенциалов в 300 е? (Вспомните, что скорость пропорциональна квадратному корню из отклоняющего потенциала.)
47
Используя соотношение 1!%ттР=ёУ~гУ вычислите отношение заряда к массе для электрона. Сравните вашу величину с полученной в Р. 1.3. Что вы можете сказать о принципиальных источниках ошибки? Как вы изменили бы конструкцию катодно-лучевой трубки, чтобы добиться наиболее точного измерения величины е/пг нашим методом?
Работа 1.5. ЭКСПОНЕНЦИАЛЬНАЯ РЕЛАКСАЦИЯ
Этой работой мы начинаем использование осциллографа. Сердцем осциллографа является катодно-лучевая трубка, некоторые свойства которой мы подробно изучали в первых четырех работах. Теперь мы увидим, как катодно-лучевая трубка может быть использована для изучения и сравнения быстро меняющихся напряжений. Перед обсуждением работы осциллографа с катодно-лучевой
трубкой мы познакомимся с задачей об экспоненциальной релаксации заряда. После обсуждения этой проблемы мы рассмотрим способы применения катодно-луче-вого осциллографа к рассмотрению таких явлений.
Рассмотрим схему рис. 1, состоящую из батареи химических рис. 1. элементов с разностью потенциалов
Vo, ключа 5, емкости С, сопротивления R, вольтметра V. Кратко рассмотрим каждый из этих элементов.
1. Батарея. Наиболее часто используемые батареи собираются из угольно-цинковых сухих элементов с потенциалом элемента 1,5 в. Таким образом, батарея в 22,5 в состоит из 15 последовательно соединенных элементов. Емкость элемента обычно определяется в ампер-часах. Маленькие батареи, используемые для смещения, имеют емкость порядка 1,5 а-ч и внутреннее сопротивление 0,3 ом. Большие элементы, которые используются для цепей с расходом тока, имеют емкость порядка 10 а-ч и внутреннее сопротивление только 0,04 ом.
2. Ключ. Идеальный ключ имеет нулевое электрическое сопротивление в закрытом состоянии и бесконечное сопротивление в открытом состоянии. Конструкция ключа и скорость переключения должны быть в соответствии с задачей, для которой он используется.
