С. Д. Варламов А. Р. Зильберман
жүктеу/скачать 1,21 Mb. Pdf көрінісі
|
experiment
| Часть 2
Оборудование : штатив с рейкой, прочная капроновая нить, ножницы, стальные шарики с крючками (2 штуки), секундомер. Перечислим различные моды колебаний изучаемой систе- мы. 1. Самая малая частота колебаний имеет место при син- хронных колебаниях шариков, когда они качаются, выходя из вертикальной плоскости в одну и ту же сторону по отно- шению к плоскости равновесия. Для приведённого рисунка это соответствует одновременным выходам шариков из плос- кости рисунка «к нам» и «от нас». 2. Немного б´ольшая частота колебаний получается, когда шарики, не выходя из плоскости равновесия, одновременно отклоняются на небольшие углы либо в разные стороны (вправо и влево), либо в одну и ту же сторону (вправо и вправо или влево и влево). 3. Ещё б´ольшая частота соответствует колебаниям, при которых шарики отклоняются от плоскости равновесия одно- временно в разные стороны (один из них «от нас», а другой «к нам»). 4. Ещё б´ольшая частота соответствует колебаниям, при которых шарики не выходят из плоскости колебаний и сме- щаются в противофазе вверх и вниз. 5. Самая больш´ая частота колебаний имеет место, когда шарики, не выходя из плоскости равновесия, смещаются синхронно, то есть в одной фазе вверх/вниз. В этом случае нить работает, как пружина. Игра в «чёрный ящик» ( 11—2—2001 ) Внутри «чёрного ящика» с двумя выводами ровно три эле- мента (возможны резисторы и конденсаторы). Нужно опреде- лить схему их соединения и параметры элементов. Оборудование : «чёрный ящик», генератор звуковой, мил- лиамперметр переменного тока 5/50 мА, резисторы 5 кОм и 1 кОм, провода. Примечание : используйте выводы «ОБЩ» и «5 Ом» ге- нератора, не подавайте слишком большое напряжение на миллиамперметр — он этого не любит, приборы не слишком Экспериментальные задачи физических олимпиад 133 точные — далёкие от идеальности — постарайтесь обойтись тем, что есть. (Внутри «чёрного ящика» находились соединённые после- довательно два резистора, сопротивления которых отлича- лись примерно в 3 раза, параллельно резистору с б´ольшим сопротивлением был подключён конденсатор.) Решение . Из миллиамперметра и одного из резисторов (с наибольшим сопротивлением) можно сделать вольтметр с большим внутренним сопротивлением. Подключив его и «чёрный ящик» параллельно к выходу генератора, нужно пройтись по всему диапазону частот и убедиться, что ам- плитуда колебаний на выходе генератора не зависит от час- тоты. Затем следует устроить из «чёрного ящика» и оставше- гося внешнего резистора делитель и построить зависимость коэффициента передачи такого делителя от частоты. Снимать напряжение следует с внешнего резистора, сопротивление которого в 5 раз меньше внутреннего сопротивления вольт- метра. Оказывается, на низких частотах коэффициент пере- дачи равен примерно 1 / 9, а на высоких в три раза больше — примерно 1 / 3. Если вольтметр включить не параллельно резистору с ма- лым сопротивлением, а последовательно с ним, то на низких частотах коэффициент передачи делителя вырастает пример- но в 4 раза до 3 / 7, а на высоких частотах — примерно в два раза до 5 / 7. Из этих данных можно сделать вывод, что в «чёрном ящике» два резистора R 1 и R 2 соединены последовательно и к одному из них ( R 2 ) параллельно подключён конденсатор. Сопротивления резисторов такие: R 1 = 2 кОм, R 2 = 6 кОм. Теперь можно подключить генератор, миллиамперметр и «чёрный ящик» последовательно друг за другом. Сопротив- ление миллиамперметра мало в сравнении с сопротивлением 2 кОм. Можно считать его идеальным прибором. На частоте около 1,5 кГц ток миллиамперметра примерно в два раза меньше, чем его максимальное значение на самых высоких частотах. Отсюда можно вычислить значение ёмкости конденсатора: примерно 0,04 мкФ = 40 нФ. |