7. Cấu trỳc của luận văn
2.1.8.Đo gia tốc trọng trường
2.1.8.1. Mục đớch thớ nghiệm
- Xỏc định gia tốc trọng trường sử dụng con lắc đơn.
2.1.8.2. Cơ sở lý thuyết
Con lắc đơn gồm một vật nhỏ cú khối lượng m được treo vào đầu một sợi dõy. Khối lượng của vật phải rất lớn so với khối lượng của sợi dõy và chiều dài sợi dõy phải rất lớn so với đường kớnh của quả cầu.
Nếu kộo lệch con lắc so với vị trớ cõn bằng với một gúc 0
0<10
α về một phớa và
thả tay cho dao động, con lắc sẽ dao động điều hũa với chu kỳ dao động T.
Theo lý thuyết chu kỳ dao động của một con lắc toỏn học được tớnh theo cụng thức sau:
g l
T =2π (2.1.8.1) Ở đõy l là chiều dài của con lắc và g là gia tốc trọng trường. Hoặc ta cú thể viết lại như sau:
l g T2 = 4π2
(2.1.8.2) Như vậy đo l và T ta hoàn toàn xỏc định được g.
Lưu ý chiều dài l của con lắc là quóng đường từ trục treo tới tõm của chất điểm. Cú thể xem tõm của quả cầu là điểm giữa của quả cầu và chiều dài của sợi dõy được tớnh từ vị trớ đú. 2.1.8.3. Dụng cụ thớ nghiệm • Chõn đế • Thanh trụ 50cm • Thanh trụ 25cm • Kẹp đỡ • Bi thộp 36g • Bi thộp 69g
• Cuộn dõy nylon
• Chốt cắm
• Mỏy đếm thời gian AT_01
• Thước dõy 2m
• Hàng rào sỏng
2.1.8.4. Cỏc bước thớ nghiệm
Bước 1: Nối hàng rào sỏng với mỏy đếm thời gian AT-01, nối mỏy đếm thời gian
vào nguồn điện xoay chiều 220V. Sau đú nhấn nỳt FUNCTION để chọn chế độ Cycle. Nhấn nỳt CH.OVER 20 lần để giới hạn 20 dao động sẽ khảo sỏt.
Bước 2: Kộo con lắc lệch về một phớa cỏch vị trớ cõn bằng một khoảng bằng 3cm. Thả tay cho con lắc dao động trong lũng hàng rào sỏng
Bước 3: Đọc giỏ trị thời gian t được hiện thị trờn mỏy đếm thời gian và ghi kết quả vào bảng 3.1.8.1.
Bước 4: Nhấn nỳt FUNCTION để tiến hành phộp đo mới. Bước 5: Lặp lại cỏc bước 2 đến 3 mỗi bước 5 lần.
Bước 6: Tớnh chu kỳ của dao động của con lắc và ghi vào bảng 3.1.8.1.
2.1.9. Xỏc định độ lờch pha giữa cỏc dụng cụ trong mạch RLC mắc nối tiếp 2.1.9.1.Mục đớch thớ nghiệm
- Tớnh độ lệch pha giữa UR1và UR2trong mạch R1 và R2 nối tiếp. - Tớnh độ lệch pha giữa UL và UR trong mạch L và R nối tiếp. - Tớnh độ lệch pha giữa UC và UR trong mạch C và R nối tiếp. - Tớnh độ lệch pha giữa UC và UR trong mạch C và R nối tiếp.
2.1.9.2. Cơ sở lý thuyết.
Trong mạch điện xoay chiều thỡ dũng điện, hiệu điện thế được biểu diễn bởi hàm i(t), u(t) là cỏc hàm phụ thuộc vào thời gian.
a. Đoạn mạch xoay chiều chỉ cú điện trở (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Xột đoạn mạch gồm hai điện trở R1 và R2 mắc nối tiếp như hỡnh vẽ:
Nếu đặt hiệu điện thế vào hai đầu đoạn mạch cú dạng u=U0cosωt(V)
Lỳc đú ta cú biểu thức cường độ dũng điện chạy trong mạch là: i=I0cosωt
Qua điện trở R1 và R2 là: i1 =I01cosωt và i2 =I02cosωt
Dũng điện cựng pha với hiệu điện thế trong mạch nờn ta cú giản đồ pha là:
Trong đú U, I là cỏc giỏ trị hiệu dụng;
2 0 U U = , 2 0 I I = b. Mạch R L mắc nối tiếp:
Xột đoạn mạch gồm điện trở R và cuộn cảm L mắc nối tiếp như hỡnh vẽ:
. .∼ u R1 R2
Dũng điện trong mạch : i = I0. Sin(ωt) (A)
Hiệu điện thế trờn hai đầu điện trở cựng pha với dũng điện trong mạch. uR = U0sin(ωt) (v)
Hiệu điện thế trờn hai đầu cuộn cảm sớm pha hơn dũng điện π/2.
uL = U0LSin (ωt + π/2) (v)
Hiệu điện thế trờn mạch RL : u = U0 Sin (ωt +ϕ) (v)
Trong đú: ϕ là độ lệch pha của hiệu điện thế và cường độ dũng điện trong mạch. ϕ
tớnh được từ giản đồ pha:
c. Đối với mạch R-C mắc nối tiếp:
Xột đoạn mạch gồm điện trở R và tụ điện C mắc nối tiếp như hỡnh vẽ:
Nếu biểu thức cường độ dũng điện trong mạch cú dạng : i =I0sin(ωt)(A)
Hiệu điện thế trờn hai đầu điện trở cựng pha với dũng điện trong mạch cú biểu thức:
) )( sin( 0 t V U uR = R ω
Hiệu điện thế trờn hai đầu tụ điện trễ pha hơn dũng điện một gúc là ( )
2 rad π − . )( ) 2 sin( 0 t V U uC = C ω −π
L C
U
Hiệu điện thế trờn mạch RC: u =U0sin(ω +t ϕ)(A)
Giản đồ pha:
d. Đối với mạch LC nối tiếp
- Sơ đồ mạch điện LC nối tiếp:
- Dũng điện trong mạch: i = Iosin(ωt) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Hiệu điện thế trờn hai đầu mạch RLC: ULC = U0.sin(ωt + ϕ) Trong đú ϕ: độ lệch pha giữa U và i
Giản đồ vectơ
Từ giản đồ pha ta thấy UL ngược pha so với UC.
2.1.9.3. Dụng cụ thớ nghiệm • Bảng cắm linh kiện A4 • Mỏy phỏt tần số . • Công tắc đơn cực • Dao động ký • Cỏc điện trở • Cuộn dây 1000 vòng. L = 21,07.10−3(H) • Cặp dây dẫn xanh đỏ UR U L UC
• Tụ điện C= 0,22.10−6(F)
2.1.9.4. Tiến hành thớ nghiệm a. Mạch chỉ cú điện trở thuần
Bước 1: Chuẩn bị cỏc dụng cụ thớ nghiệm.
Bước 2: Tắt nguồn và mở cụng tắc mắc mạch như hỡnh vẽ 2.11 Bước 3: Đưa hiệu điện thế ra mạch ngoài từ mỏy phỏt.
Bước 4: Bật dao động ký, đặt chế độ đo của dao động ký ở chế độ hai kờnh (dual)
Bước 5: Bật cụng tắc S , nguồn phỏt tần số và điều chỉnh tần số phỏt 1kHz .
Bước 6: Cắm hai đầu do của kờnh I vào hai đầu của điện trở R1 ( hỡnh 2.12 ), điều chỉnh cỏc nỳt Volt/Div , Time/Div, Y-Pos I và X- Pos sao cho ta cú thể đọc được Vpp của tớn hiệu một cỏch dễ dàng. Đo khoảng cỏch từ đỉnh của biờn độ trờn đến
đỉnh của biờn độ dưới tương ứng với số vạch chia trờn mỗi ụ của màn hỡnh.
Bước 7: Chỳ ý đến độ chia của mỗi ụ vạch trờn màn hỡnh dao động kớ tương ứng với số chỉ trờn nỳm Volt/Div, tớnh giỏ trị của VR1 , ghi vào bảng 3.1.9.1
Bước 8: Tắt kờnh I và bật kờnh II, cắm vào hai đầu của điện trở R2 ( hỡnh 2.13), lặp lại cỏc thao tỏc như trờn, tớnh giỏ trị của VR2 , ghi vào bảng3.1. 9.1. (Chỳ ý: với dao động ký hai kờnh, hai kờnh luụn cú chung điểm đất).
Hỡnh 2.12 Hỡnh 2.11
Bước 9 : Tớnh độ lệch pha của 2 tớn hiệu trờn hai kờnh theo cỏch sau:
- Bật chế độ dual của dao động ký. Từ trờn màn hỡnh dao động ký ta đo được cỏc giỏ trị t (thời gian lệch pha giữa hai xung tớn hiệu) và T(chu kỳ của tớn hiệu). Hiển thị hỡnh ảnh như hỡnh dưới đõy:
- Tớnh giỏ trị này ra số thụng qua chế độ Time/Div của dao động ký.
Hỡnh 2.14 : Độ lệch pha giữa hai tớn hiệu
Như vậy: ϕ = 3600. t/T (độ)
Hay ϕ = 2π. t/T (rad)
Bước 11: Lặp lại cỏc thao tỏc thớ nghiệm như trờn với tần số của mỏy phỏt lần lượt là 1,5 kHz và 2 kHz
b. Mạch R-L nối tiếp
Bước 1: Chuẩn bị cỏc dụng cụ thớ nghiệm.
Bước 2: Tắt nguồn và mở cụng tắc mắc mạch như hỡnh 2.15. Bước 3: Đưa hiệu điện thế ra mạch ngoài từ mỏy phỏt.
Bước 4: Bật dao động ký, đặt chế độ đo của dao động ký ở chế độ 2 kờnh (dual). Bước 5: Bật cụng tắc S, nguồn phỏt tần số 1kHz. đồng thời vặn nỳm điều chỉnh trờn dao động ký để màn hỡnh hiển thị tớn hiệu hỡnh sin rừ nột nhất.
Bước 6: Cắm hai đầu kờnh I vào hai đầu của cuộn cảm ( hỡnh 2.16 ). Điều chỉnh cỏc nỳt Volt/Div , Time/Div, Y-Pos I và X- Pos sao cho ta cú thể đọc được Vpp của tớn hiệu một cỏch dễ dàng. Đo khoảng cỏch từ đỉnh của biờn độ trờn đến đỉnh của biờn độ dưới tương ứng với số vạch chia trờn mỗi ụ của màn hỡnh.
Bước 7: Chỳ ý đến độ chia của mỗi ụ vạch trờn màn hỡnh dao động kớ tương ứng với số chỉ trờn nỳm Volt/Div, tớnh giỏ trị của VL , ghi vào bảng 3.1.9.3. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bước 8: Tắt kờnh I và bật kờnh II cắm vào hai đầu của điện trở ( chỳ ý 2 chõn tiếp đất phải cú chung điện thế) hỡnh 2.17, lặp lại cỏc thao tỏc như trờn. tớnh giỏ trị của VR, ghi vào bảng 3.1.9.3.
Bước 9: Tớnh độ lệch pha của 2 tớn hiệu trờn hai kờnh theo cỏch sau: - Bật dao động ký ở chế độ dual, ta cú được đồ thị biểu diễn độ lệch pha.
Hỡnh 2.16
- Từ trờn màn hỡnh dao động ký ta đo được cỏc giỏ trị t (thời gian lệch pha giữa hai xung tớn hiệu) và T (chu kỳ của tớn hiệu).
- Tớnh giỏ trị này ra số thụng qua chế độ Time/Div của dao động ký:ϕ = 3600. t/T Bước 10: Lặp lại cỏc thao tỏc như trờn với cỏc tần số lần lượt là 1,5 kHz và 2 kHz.
c. Mạch R-C nối tiếp
Bước 1: Chuẩn bị cỏc dụng cụ thớ nghiệm. Bước 2: Tắt nguồn, mắc mạch như hỡnh 2.18
Bước 3: Bật cụng tắc S, nguồn phỏt điều chỉnh tần số 1kHz. Đặt chế độ đo của dao động ký ở chế độ 2 kờnh (dual)
Bước 4: Cắm kờnh I vào hai đầu tụ điện ( hỡnh 2.19 ), điều chỉnh cỏc nỳt trờn dao động ký sao cho tớn hiệu rừ nột nhất. Đo khoảng cỏch từ đỉnh trờn đến đỉnh dưới của tớn hiệu. Chỳ ý đến độ chia của mỗi ụ vạch trờn màn hỡnh dao động kớ tương ứng với số chỉ trờn nỳm Volt/Div, tớnh giỏ trị của VC , ghi vào bảng 3.1.9.5
Bước 5: Tắt kờnh I bật kờnh II cắm vào hai đầu của điện trở (hỡnh 2.20), lặp lại cỏc thao tỏc như bước 4, tớnh giỏ trị của VR , ghi vào bảng 3.1.9.5.
Hỡnh 2.18
Bước 6: Tớnh độ lệch pha của 2 tớn hiệu trờn hai kờnh theo cỏch sau: - Bật dao động ký ở chế độ dual, ta cú được đồ thị biểu diễn độ lệch pha.
- Từ trờn màn hỡnh dao động ký ta đo được cỏc giỏ trị t (thời gian lệch pha giữa hai xung tớn hiệu) và T(chu kỳ của tớn hiệu).
- Tớnh giỏ trị này ra số thụng qua chế độ Time/Div của dao động ký: ϕ = 3600. t/T Bước 7: Lặp lại cỏc thao tỏc như trờn với cỏc tần số 1,5 kHz và 2 kHz.
d. Mạch L-C nối tiếp
Bước 1: Chuẩn bị cỏc dụng cụ thớ nghiệm. Bước 2: Tắt nguồn. Mắc mạch như hỡnh 2.21
Bước 3: Bật cụng tắc S, nguồn phỏt điều chỉnh tần số 1kHz. Đặt chế độ đo của dao động ký ở chế độ 2 kờnh (dual)
Bước 4: Cắm kờnh I vào hai đầu của cuộn dõy (hỡnh 2.22), điều chỉnh cỏc nỳt Volt/Div Time/Div, Y-Pos I và X- Pos sao cho tớn hiệu rừ nột nhất. Đo khoảng cỏch từ đỉnh của biờn độ trờn đến đỉnh của biờn độ dưới tương ứng với số vạch chia trờn mỗi ụ của màn hỡnh. Tớnh giỏ trị của VL , ghi vào bảng 3.1.9.7.
i u L
R C
Bước 5: Tắt kờnh I bật kờnh II cắm vào hai đầu của tụ điện (hỡnh 2.23) lặp lại cỏc thao tỏc như bước 4, tớnh giỏ trị của VC, ghi vào bảng 3.1.9.7.
Bước 6: Quan sỏt hỡnh ảnh trờn màn hỡnh dao động ký và nhận xột về độ lệch pha giữa UL và Uc.
Bước 7: Lặp lại cỏc thao tỏc như trờn với cỏc tần số 1,5 kHz và 2 kHz.
2.1.10. Khảo sỏt mạch RLC nối tiếp 2.1.10.1. Mục đớch thớ nghiệm
- Quan sỏt hỡnh dạng của hiệu điện thế trờn hai đầu mạch và cường độ dũng điện trong mạch RLC mắc nối tiếp.
- Xỏc định tần số cộng hưởng fch của mạch RLC nối tiếp.
2.1.10.2. Cơ sở lý thuyết
Sơ đồ mạch RLC nối tiếp:
- Dũng điện trong mạch: i = Iosin(ωt) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Hiệu điện thế trờn hai đầu mạch RLC: URLC = U0.sin(ωt + ϕ) Trong đú ϕ: độ lệch pha giữa U và i
Giản đồ vectơ: Hỡnh 2.23 RLC U R C u i
- Độ lệch pha ϕ giữa hiệu điện thế và cường độ dũng điện trong mạch được tớnh: tg(ϕ) = R C L U U U − = R C L . 1 . ω ω −
Vỡ uR cựng pha so với dũng điện i trong mạch nờn độ lệch pha ϕ giữa uRLC và uR
cũng chớnh là độ lệch pha ϕ giữa uRLC và dũng điện i trong mạch. Trong bài này ta xỏc định độ lệch pha giữa URLC và UR.
* Hiện tượng cộng hưởng trong mạch RLC nối tiếp:
Hiện tượng cộng hưởng xảy ra khi tần số của dũng điện xoay chiều hoặc cỏc thụng số L, C thỏa món cỏc giỏ trị sao cho:
ZL = ZC hay ωL = C ω 1 Suy ra: f = C L. 1 2 1 π (2.1.10.1) Khi đú: + Tổng trở toàn mạch sẽ đạt cực tiểu: Z = R.
+ Cường độ dũng điện sẽ đạt giỏ trị cực đại: I = U/Z = U/R.
+ Hiệu điện thế trờn LC đạt cực tiểu, hiệu điện thế trờn hai đầu điện trở R sẽ đạt giỏ trị cực đại.
+ Dũng điện và hiệu điện thế trờn hai đầu đoạn mạch sẽ trựng pha nhau.
2.1.10.3. Dụng cụ thớ nghiệm
• Bảng cắm linh kiện A4
• Mỏy tạo tớn hiệu .
• Công tắc đơn cực • Dao động ký • Điện trở R = 200Ω • Cuộn dây 1000 vòng, L = 21,07.10−3(H) • Cặp dây dẫn xanh đỏ • Tụ điện C = 0,22.10-6(F)
2.1.10.4. Cỏc bước tiến hành thớ nghiệm
Bước 1: Chuẩn bị dụng cụ thớ nghiệm. Bước 2: Mắc mạch theo sơ đồ hỡnh (2.24)
Bước 3: Nối mạch với mỏy phỏt tần số và chọn tần số ban đầu f1= 1kHz.
Bước 4: Đặt dao động ký ở chế độ quột 2 kờnh (dual).Cắm kờnh I vào hai đầu điện trở để xỏc định hiệu điện thế trờn hai đầu R. Đõy cũng là hỡnh ảnh của dũng điện trong mạch hỡnh (2.25) .
Bước 5: Tắt kờnh I và bật kờnh II cắm kờnh II vào hai đầu mach RLC để xỏc định hiệu điện thế trờn hai đầu của mạch RLC nối tiếp hỡnh (2.26).
Hỡnh 2.24
Bước 6: Điều chỉnh cỏc thang đo, cỏc chế độ trờn dao động ký để tớn hiệu trờn màn hỡnh dao động ký là rừ nhất.
Bước 7: Xỏc định khoảng thời gian lệch pha t và chu kỳ T trờn đồ thị thu được. Tớnh giỏ trị này ra số thụng qua chế độ Time/Div của dao động ký.
Như vậy: ϕ = 3600. t/T (độ)
Hay ϕ = 2π. t/T (rad)
Bước 8: Điều chỉnh mỏy phỏt õm tần đến tần số f = 2kHz. Lặp lại cỏc bước thớ nghiệm như trờn.
So sỏnh ϕlt và ϕtn thu được. Nhận xột.
+ Tỡm tần số cộng hưởng trong mạch RLC nối tiếp
Bước 1: Giữ nguyờn mạch ban đầu và vị trớ hai kờnh.
Bước 2: Thay đổi tần số f của mỏy phỏy õm tần sao cho tỡm được giỏ trị mà tại đú hai tớn hiệu trờn màn hỡnh cú cựng điểm đầu và điểm cuối (trựng pha nhau). Khi đú, tần số của mỏy phỏt chớnh là tần số cộng hưởng. Ghi giỏ trị f thu được vào bảng số liệu. Lặp lại 3 lần. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.1.11. Khảo sỏt hiện tượng cảm ứng và mỏy biến thế 2.1.11.1.Mục đớch thớ nghiệm
- Khảo sỏt hiện tượng cảm ứng điện từ - Nghiờn cứu sự hoạt động của mỏy biến thế.
2.1.11.2. Cơ sở lý thuyết
Sơ đồ cấu tạo của mỏy biến thế
Hỡnh 2.28
Mỏy biến thế gồm hai cuộn dõy cú số vũng khỏc nhau quấn trờn một lừi sắt kớn. Cuộn được nối với nguồn được gọị là cuộn sơ cấp cuộn được nối với tải được gọi là cuộn thứ cấp. Khi nối cuộn sơ cấp vào nguồn xoay chiều thỡ làm cho từ thụng qua cuộn sơ cấp biến thiờn xuất hiện trong cuộn sơ cấp một suất điện động xoay chiều E1. 1 2 1 2 1 1 t t N E − Φ − Φ = (2.1.11.1)
Theo định luật Faraday về điện từ trường cảm ứng, suất điện động cảm ứng tỉ lệ
với số vũng dõy (N) và tốc độ thay đổi của thụng lượng từ −