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机械工程测试技术试卷及答案
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机械工程测试技术试卷及答案
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30大学物理实验――讲义
三、实验仪器；信号发生器，数字万用表（UT2001，两只），亥；四、实验步骤及内容；1测量单只载流圆线圈A的磁场沿轴线的分布；（1）将坐标纸平铺在亥姆霍兹线圈装置平台上，并固；点有位置，再标出轴线的方向；（3）接线，给线圈通；测线圈接到数字万用表的交流毫伏挡；（4）从OA开；作U0??BmxBmo?~xR曲线和1??xR?；（1）以中心OA为始点，（垂直于轴
三、实验仪器信号发生器，数字万用表（UT2001，两只），亥姆霍兹线圈实验装置，探测线圈、定位针（注射针头）、坐标纸四、实验步骤及内容1
测量单只载流圆线圈A的磁场沿轴线的分布（1）将坐标纸平铺在亥姆霍兹线圈装置平台上，并固定好；（2）在坐标纸上标定出OA、OB及O点有位置，再标出轴线的方向；（3）接线，给线圈通一电流（注意线圈中电流保持恒定），将探测线圈接到数字万用表的交流毫伏挡；（4）从OA开始，沿轴线方向每隔1cm用探线圈测一下U（将定位片的螺钉对准待测点，再将探测线圈置于其上，转动探测线圈，mV表示值最大时的读数即为U）及磁场方向（以轴线方向为参照）。作U0??BmxBmo?~xR曲线和1??xR?2
单只载流圆线圈A周围磁力线的描绘（1）以中心OA为始点，（垂直于轴线）沿径向每隔2cm标志一点，作为描绘磁力线的起始点，需描绘5-9条；（2）描绘一根磁力线的方法如下：在探测线圈底座上有两个小眼，可以插定位针，这两个小眼的边线方向与探测线圈的法线方向垂直（3）将一定位针a通过探测线圈的小眼插在一个起点上，以定位针a为轴缓慢转动探测线圈，找到使电压示数最小的位置，此时将另一定位针b插入另一个小眼中，再拨出定位针a，又以b为轴，重复上述步骤。将坐标纸上的小针眼依次连成光滑的曲线，即成一条磁力线。注意：探测线圈的导线易断，使用时要特别小心，避免只朝一个方向转动！3
验证磁场的叠加原理选择亥姆霍兹线圈的中心点为坐标原点，在x轴上、y轴上和xy平面上，分别任取一个考察点，先分别测出A、B单只线圈磁场的大小、方向，再测出A、B线圈顺向串联后的磁场大小和方向。注意：线圈电流要保持相同的数值。按矢量叠加原理算得的磁场大小和方向，与将A、B线圈串联起来所测得的磁场大小和方向进行比较。亥姆霍兹线圈中?BB0?1%匀强区的描绘 （选做）调节信号源的输出一定电压，测出亥姆霍兹线圈中心处最大的感应电压U0，描绘亥姆霍兹线圈中心附近、最大感应电压在?U0?0.01U0?范围内的区域，即偏关不超过1%的均匀区。?2??32~xR曲线并进行比较。五、思考题?获得其方向，但为何本实验偏要用电压极小值来确定B的方向？1
根据式(16-4)，当???2或3?2时，电压示数为极大值，即可测出磁感应强度的大小，也可2
离圆形电流中心等距离处的磁场是否相等？请用实验证明，并试用毕奥-萨伐尔定律解释。 3
试分析感应法测磁场的优缺点和适应的条件。实验 十七
LRC电路谐振特性的研究在力学和电学实验中都观测过简谐振动和阻尼振动．在力学的扭摆实验中，在外加的按正弦变化的策动力作用下，不仅使振动得以维持，而且策动力的频率对振动状态有很大的影响．类似地，在电路中接入一电动势按正弦变化的电源，可经常地给电路补充能量以维持电振荡．在此实验中是研究电源的频率对电路中振荡的影响．一、实验目的1
研究和测量LRC串、并联电路的幅频特性； 2
掌握幅频特性的测量方法；3
进一步理解回路Q值的物理意义。二、实验原理1
LRC串联电路的谐振特征（1）回路中的电流与频率的关系(幅频特性)见图12l（a)相（b)，图中R?由两部分组成，一部分是电感线圈的电阻，另一部分是与电容串联的等效损耗电阻，mVl为交流毫伏表，可监视信号源的输出电压，mV2也为交流毫伏表，用来测量R两端的交流电压值， f为频率计． LRC交流回路中阻抗Z的大小为|Z|?(R?R')?(Lw?21Cw)2（17-1）对此回路总电压U与总电流I的相位差?，下式成立：tg??UL?UCUR'?UR?Lw?1(Cw)R'?R（17-2）或
??arctg?UZ?Lw?1(Cw)??
R'?R??（17-3）回路中电流I为I??（17-4）当Lw?1Cw?0时，??0，电流I最大。令w0与f0分别表示??0的角频率与频率，并称为谐振角频率与谐振频率，即w0? f0?(17-5)如果取横坐标为?，纵坐标为I，可得图17-2所示电流频率特性曲线．
串联谐振电路的品质因数Q谐振时??0，UL?UC，即纯电感两端的电压与理想电容器两端的电压相等，并且 UL?IL?0?UR?R'L?0?L?0R?R'U 又将式(17-5)代入上式，得 UL?(17-6)令Q?
UL?UC?QU(17-8)Q称为串联谐振电路的品质因数．当Q?1时，UL和UC都远大于信号源输出电压，这种现象称为LRC串联电路的电压谐振。Q的第一个意义是：电压谐振时，纯电感和理想电容器两端电压均为信号源电压的Q倍。为了描述I－W曲线的尖锐程度，常常考查I由极大值Imax下降到Im与谐振频率?0的关系。对应此带宽边界的两个频率?1和?2均应满足 ?0.707Imax时的带宽?由此可以得出L?2?1C?2?R?R'
（L??1C?1时）
（17-9）1C?1?L?1?R?R'
（17-10）上面二式相减得 L(?1??2)?1C?1(1?1?2)?1?1??2C1?1?2，则LC??1?2 和式（17－5）相比较，可得 ?0? (17-11)又将式（28－9）与式（28－10）相加，整理后得出?2??1?1LC2(R?R')C?1?2LC?1?2?1 将?1?2?代入上式，得1LC?2??1?(R?R')C?f0f2?f1??0Q最后得出
Q??0?2??1（17-12）显然(f2?f1)越小，曲线就越尖锐，可以讲Q的第二个意义是：它标志曲线的尖锐程度，即电路对频率的选择性，称?f(?f0/Q)为通频带宽度。3
Q值的测量法（1） (电压)谐振法根据图17-1（a）所示的线路，调节信号源的输出电压值，保证在各种不同频率时都相等，然后测量R两端的交流电压，当UR最大时，说明电路已处于谐振状态。用交流电压表分别测量L和C两端的电压，则Q(?ULU?UCU)值就可计算出来。如果各种频率的输出信号幅度U值都是1.00V，那么测得的UL或UC值就是Q值的大小，这是专门测量Q值的“Q”表原理。（2） 频带宽度法根据图1(a)所示的线路，按照上述要求测量各种颠率f时R两端的电压值，作出UR―f曲线，找出UR最大时的频率f(?f0)，即谐振频率，再求出UR(f)?式计算出Q值的大小。U(f)时的频率f1和f2值，根据（17-12）以上两种方法得到的Q值是一样的．但是测量精确度各不相同．电压谐振法宜用于高Q值(即Q位较大的)电路，频带宽度法适用于低Q值电路．为了测到准确的Q值，要多次调到谐振，并用频率计仔细地测出每次的谐振频率，再取平均，最后得到比较可靠的谐振频率值。三、实验仪器低频信号发生器、交流毫伏表、电阻箱、电感线圈、标准电容箱、频率计等．四、实验步骤及内容1
测量LRC串联电路的谐振特性L和C之值为实验室提供的器件的标称值，R值自己(可以选取能使Q值在10左右的R值)。测量线路如图3所示．当K与“2”接通，调节XF的电压输出幅度，保证各种频率测量时的电压有效值都是3.0V，当K与”1”接通，用交流毫伏表测量R的端电压。计算电路的谐振频率f0，使频率从f0向两侧扩展，每侧取8～10种频率，对每一频率测电阻R的端电压UR。频率的改变范围应能使UR从最大值降到最大值的十分之一以下。每次频率的改变量不应相等，在f0附近可以小些，或者使UR的每次变化大体相似即可。这样取值是为了能将曲线中间突起部分测绘得准确些。在实验中测量谐振频率得实际值时，应是UR最大值对应得频率，但是由于信号发生器得内阻较大，谐振时其端电压立刻下降，因而R两端电压不能马上快速上升，其上升得速度远不及信号源电压下降的快，所以寻找谐振点时，对应信号源端电压下降为极小值时的频率即为谐振频率的测得值。找到谐振频率后，再调信号源的输出电压为规定值。绘制I～f或UR～f曲线。2
分别用电压谐振法和频带宽度法确定Q值。 图17-3
LRC电路的测量线路 五、思考题1
为什么说LRC串联电路的谐振是电压谐振?2
测量串联电路的Q值有几种方法？3
测量LRC串联电路频率特性时，为什么要保持XF的输出电压大小恒定不变？ 4
如何选取测量频率特性的f？为什么？ 5
LRC串联电路谐振时的特点是什么？ 包含各类专业文献、外语学习资料、幼儿教育、小学教育、生活休闲娱乐、行业资料、专业论文、30大学物理实验――讲义等内容。　
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LRC电路谐振特性的研究
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LRC电路谐振特性的研究
作者： 文章来源：本站原创 点击数： 更新时间： 11:00:57
LRC电路谐振特性的研究
（1）测量RLC串联谐振电路的幅频特性曲线。
（2）学习并掌握电路品质因数Q的测量方法及其物理意义。
& 函数信号发生器、RLC实验箱、毫伏表
1、RLC串联电路的电流幅频特性
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
当&&&&&&&&& 时，电路总阻抗Z=R，为最小值，
而此时回路电流则成为最大值&&&&&&&&&
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&这个现象即为谐振现象。发生谐振时的频率f0称为谐振频率
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&
RLC串联电路的谐振曲线，如图2所示。
2、串联谐振电路的品质因数Q
谐振时，即纯电感两端的电压与理想电容器两端的电压相等，并且&&
即 &，&& 令&
Q称为串联谐振电路的品质因数。当时，和都远大于信号源输出电压，这种现象称为LRC串联电路的电压谐振。
Q的第一个意义是：在谐振频率时，理想电容器和纯电感两端电压均为信号源电压的Q倍。
通常用Q值来表征电路选频性能的优劣，
Q的第二个意义是：它标志曲线的尖锐程度，即电路对频率的选择性，称为通频带宽度。
3、Q值的测量的方法
（1）电压谐振法& 利用，在电路谐振时，测出或，求出Q值。
（2）频带宽度法& 利用，在1、组成一个RLC串联电路，曲线中找出，再找出对应的频率和，计算出Q值。
1、组成一个RLC串联电路，取C=0.1uF,L=0.2H,R=200,U=2v。
2、计算电路的谐振频率，保持U值恒定，使频率改变的间隔及范围要能很好地描述幅频特性，记下，绘出谐振曲线。
3、找到谐振频率，记下谐振时的&值。
4、分别用电压谐振法和频带宽度法确定Q值。
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