Проект "Синусоида в розетке"

Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа с.Веденка»

Дальнереченского муниципального района

Приморского края

Учебный проект по физике

«Синусоида в розетке»

Выполнили:

Андрейченко Руслан

Ярославцев Степан

Балагурова Николина

ученики 11 класса Куратор проекта: Ярославцева С. Н. учитель физики

с. Веденка 2025 г. 

Актуальность проекта:

Переменный ток имеет большое значение в жизни человека, так как он является основным источником энергии для бытовой техники, такой как телевизоры, холодильники, компьютеры.  

Также переменный ток можно передавать на большие расстояния без существенных потерь, что позволяет использовать его в промышленных сетях для подвода электроэнергии к домам, цехам, торговым центрам и другим объектам. 

На уроках физики мы узнали, что переменный ток это вынужденные электромагнитные колебания. Почему переменный ток это колебания?

Цель проекта: исследовать характеристики переменного тока.

Гипотеза:

Если переменный ток это электромагнитные колебания, значит, он имеет амплитуду, период и частоту.

Задачи:

• Изучить работу осциллографа и программное обеспечение цифровой лаборатории Z.Labs.
• Провести измерение характеристик переменного тока осциллографом.

План реализации проекта:

• Повторить тему «Переменный электрический ток»
• Изучить работу осциллографа и программное обеспечение цифровой лаборатории Z.Labs
• Познакомиться с работой генератора звуковой частоты.
• Практическая часть - измерение характеристик переменного тока осциллографом.

Сроки выполнения проекта:

с 15.01.25 по 31.01.25

Результаты реализация проекта

• Переменный электрический ток

Электрический ток

Постоянный

Переменный

Переменный ток — это ток,

направление и величина которого изменяются во времени по определённому закону с заданной частотой.

Постоянный ток — это ток, направление и величина которого не меняются во времени .

Результаты реализация проекта

• Переменный электрический ток

Переменный электрический ток вырабатывается генератором.

Принцип работы основан на явлении электромагнитной индукции.

Прямоугольная рамка, вращается в однородном магнитном поле

Магнитный поток через рамку в однородном магнитном поле Φ=BScos(α).  

При вращении рамки с циклической частотой угол α меняется по закону: α=ωt . 

Следовательно магнитный поток меняется во времени по закону: Φ=BScos(ωt ). 

Меняющийся магнитный поток создаёт в рамке ЭДС индукции:  =−Φ′=BSωsin(ωt).  

Напряжение на рамке меняется по гармоническому закону: U=  = BSωsin(ωt)

U = U m sin(ωt)         или U=U m cos(ωt).    Если к источнику переменного тока подключить резистор сопротивлением R, то сила тока определится по закону Ома: I= I m sin(ωt) или    I= I m cos(ωt).  

I

Результаты реализация проекта

• Переменный электрический ток

Переменный электрический ток это незатухающие вынужденные электромагнитные колебания.

Переменный ток это электромагнитные колебания, происходящие в цепях под действием напряжения, гармонически меняющегося с частотой по законам синуса или косинуса.

Основные характеристики

• Амплитуда колебаний     
• Период колебаний   
• Частота колебаний
• Циклическая частота    колебаний  

Результаты реализация проекта

2. Изучение осциллографа

Осциллограф - это контрольно-измерительный прибор для исследования электрических сигналов, а также определения амплитудных и временных параметров электрического сигнала.

Он воспроизводит в графическом виде различные электрические колебания.

Чаще всего с помощью осциллографа наблюдается зависимость напряжения от времени в системе координат, где по горизонтальной оси X откладывается время, а по вертикальной Y – напряжение.

Осциллограф из цифровой

лаборатории Z.Labs

Программа цифровой лаборатории Z.Labs

Программа работы

осциллографа

3. Функциональный генератор

Генератор звуковой частоты предназначен для получения гармонических напряжений различной формы от 0,1 Гц до 100 кГц при исследовании акустических явлений, электрических цепей переменного тока.

Технические характеристики

  Питание от сети переменного тока 220 В ±10% частотой 50-60 Гц.;

Форма сигналов – синусоидальная, прямоугольная, треугольная;

Диапазон частот – 0,1 Гц…100 кГц;

Регулируемое напряжение на нагрузке 8 Ом – 0…10 В;

Потребляемая мощность 20 Вт.

На панели генератора звукового сигнала размещены органы управления :

• Ручка плавной регулировки частоты. 
• Индикаторы текущего диапазона. 
• Кнопка установки диапазона. 
• Кнопка выбора формы генерируемого сигнала. 
• Индикатор текущего режима. 
• Ручка регулировки амплитуды выходного сигнала. 
• Клеммы подключения нагрузки. 

• Практическая часть

Измерение характеристик переменного тока осциллографом.

1.Исследование осциллограмм напряжения в зависимости от частоты колебаний.

Цель: определить амплитудное значение напряжения, период, частоту, получить осциллограммы.

Оборудование: осциллограф, функциональный генератор, ноутбук с ПО  Z.Labs.

План:

• Подключить осциллограф к USB-разъёму ноутбука.
• Выполнить запуск ПО для проведения измерений.
• Выберите двухканальный осциллограф и запустите сбор данных кнопкой «Пуск».
• Установите на звуковом генераторе амплитуду 10 В, частоту сигнала 1 кГц.
• На вкладке РАЗВЕРТКА установить диапазон 250 мкс/дел, на вкладке КАНАЛЫ диапазон 5 В/дел.
• Определить период. Сохранить осциллограмму.
• Составить уравнение для напряжения.
• Данные занести в таблицу.
• Увеличьте частоту на звуковом генераторе (4кГц, 10 кГц). Повторно выполните действия, перечисленные выше (6-8).
• Сделайте вывод.

• Практическая часть

Измерение характеристик переменного тока осциллографом.

2. Исследование осциллограмм напряжения в зависимости от амплитуды колебаний.

Цель: получить осциллограммы напряжения с амплитудой 4 В, 8 В, 10 В при частоте 1 кГц.

Оборудование: осциллограф, функциональный генератор, ноутбук с ПО Z.Labs.

План:

1. Подключить осциллограф к USB-разъёму ноутбука.

2. Выполнить запуск ПО для проведения измерений.

3. Выберите двухканальный осциллограф и запустите сбор данных кнопкой «Пуск».

4. Установите на звуковом генераторе частоту сигнала 1кГц и амплитуду 4 В.

5. На вкладке РАЗВЕРТКА установить диапазон 250 мкс/дел, на вкладке КАНАЛЫ диапазон 5 В/дел.

6. Сохранить осциллограммы.

• Составить уравнение для напряжения.
• Данные занести в таблицу.
• Увеличьте амплитуду колебаний на звуковом генераторе (8В, 10 В). Повторно выполните действия, перечисленные выше (6-8).

10. Сделайте вывод .

Результат выполнения проекта :

• Подтвердили гипотезу: если переменный ток это электромагнитные колебания, значит, он имеет амплитуду, период и частоту.

• Периодический переменный ток с течением времени изменяется по закону синуса,  имеет форму волны, которая плавно меняется и является периодической со  временем , а также выглядит как синусоида.
• Научились пользоваться осциллографом, функциональным генератором, цифровой лабораторией Z.Labs.
• Повторили формулы по теме «Электромагнитные колебания»

Список использованных источников:

• Г.А.Мякишев, М.А. Петрова, Физика 11 класс, Москва «Просвещение», 2021;
• Паспорт «Цифровая лаборатория по физике» , ZARNITZA, 2023;
• Руководство по эксплуатации цифровой лаборатории , ZARNITZA, 2023;

• https://umschool.net/library/fizika/peremennyj-elektricheskij-tok/

Переменный электрический ток - Умскул Учебник; 

5. https://zarnitza.ru/tsifrovye-laboratorii/ цифровые лаборатории

Спасибо за внимание!