如何突破示波器的幾個重難點

1、突破示波器幾個重難點的方法 示波器的原理是高中物理比較難掌握的內(nèi)容之一，學(xué)生不能理解的原因是學(xué)生沒有理解示波器為什么能夠直接觀察電信號隨時間變化，掃描原理及掃描頻率與完整波形的關(guān)系，針對以上幾個問題筆者設(shè)計以下教學(xué)過程，實踐證明教學(xué)效果很好，現(xiàn)筆者總結(jié)如下，希望對同學(xué)有所啟發(fā)。1為了讓學(xué)生弄懂原理筆者采取類比的方法，先根據(jù)以下裝置設(shè)計一些問題，并現(xiàn)場演示所設(shè)計的問題。裝置，如圖1，把漏斗吊在支架上，下方放一塊硬紙板，紙板上畫一條直線，漏斗靜止不動時正好在紙板的正上方，在漏斗里裝滿細(xì)沙。問：紙板不動，只有沙斗擺動看到什么現(xiàn)象？答：看到垂直的直線。問：紙板沿勻速運動，沙擺不動看到什么現(xiàn)象？答：看到

2、沿的直線。問：沙擺擺動同時紙板沿勻速運動，看到什么現(xiàn)象？答：看到正弦或余弦圖，即單擺的振動圖像。因為沿移動的位移除以速度即為時間。問：以紙板為參照物沙擺怎樣運動？答：沙擺同時參與兩個方向的運動，即垂直方向的簡諧運動和沿方向的勻速直線運動。問：如果紙板不動怎樣得到相同的圖形？答：沙擺擺動同時，使沙擺沿方向做勻速直線運動。問：紙板長度一定，怎樣使紙條上正好得到一副完整的正弦（余弦）圖？二副完整的正弦或余弦圖？三副完整的正弦或余弦圖？答：設(shè)紙板的長度一定，紙板從始點運動到終點時間為紙條運動周期，若紙板運動周期是沙擺振動周期一倍正好得到一副完整的正弦或余弦圖，若紙板運動周期是沙擺振動周期二倍正好得到二

3、副完整的正弦或余弦圖，若紙板運動周期是沙擺振動周期三倍正好得到三副完整的正弦或余弦圖。補充：紙板運動的周期是沙擺周期的n倍就在紙板條上得到n個完整的正弦（余弦）波形?；蛏硵[頻率是紙板頻率n倍就在紙板上得到n個完整的正弦（余弦）波形。2示波器工作原理與沙擺類似，它的工作原理可等效成下列情況：如圖2，真空室中電極K發(fā)出電子經(jīng)過加速電場后，由小孔沿水平金屬板間的中心線射入板中。在兩板間加上如圖3所示的正弦交流電壓，豎直偏轉(zhuǎn)位移與偏轉(zhuǎn)電壓的關(guān)系，在兩極板右側(cè)且與右側(cè)相距一定距離與兩板中心線（圖中虛線）垂直的熒光屏，中心線正好與屏上坐標(biāo)原點相交。如果前半個周期內(nèi)B板的電勢高于A板的電勢，電場全部集中在兩

4、板之間，且分布均勻。在每個電子通過極板的時間內(nèi)，電場視作恒定的，電子在豎直方向按正弦規(guī)律上下移動。問：熒光屏不動，只在豎直方向加正弦電壓看到什么現(xiàn)象？答：看到沿y軸的一條直線。由于視覺暫留和熒光物質(zhì)的殘光特性，電子打的徑跡可顯示出來。當(dāng)?shù)谝粋€電子到達坐標(biāo)原點時，使屏以速度v沿負(fù)x方向運動，每經(jīng)過一定時間后，在一個極短的時間內(nèi)它跳回到初始位置，然后重新做同樣的勻速運動。問：在y軸上不加電壓，使屏以速度v沿負(fù)x方向運動看到什么現(xiàn)象？答：水平直線問：在豎直方向加正弦電壓，同時使屏以速度v沿負(fù)x方向運動，看到什么現(xiàn)象？答：看到正弦圖，這樣熒光屏上亮斑的位置變化就反映了所加電信號的變化規(guī)律。因為沿x軸移

5、動的位移除以速度即為時間。問：以熒光屏為參照物電子怎樣運動？答：電子同時參與兩個方向的運動，即沿y軸方向的簡諧運動和x沿方向的勻速直線運動。問：如果熒光屏不動怎樣得到相同的圖形？答：電子同時參與豎直方向簡諧運動和水平方向的勻速直線運動。問：要使熒光屏上始終顯示一個完整的波形，熒光屏必須每隔多長時間回到初始位置？答：熒光屏運動的周期等于信號電壓的周期。問：兩個或三個完整波形呢？答：熒光屏運動的周期等于信號電壓的周期兩倍或三倍。問：n個呢？答：熒光屏運動的周期等于信號電壓的周期n倍，則在熒光屏上顯示n個完整波形。由于電子在豎直方向所加電壓成正弦規(guī)律變化，故電子在豎直方向做簡諧運動（偏轉(zhuǎn)位移與偏轉(zhuǎn)電

6、壓成正比，書本上已證明），以熒光屏為參照物，電子同時在做沿x軸正方向的勻速直線運動，學(xué)生很容易理解。故熒光屏上的圖能反映信號隨時間變化的規(guī)律。3事實上示波器中電子同時參與兩種運動，即水平方向的勻速運動和豎直方向的運動（由所加信號決定），怎樣使電子在水平方向做勻速直線運動呢？偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制電子射線方向，使熒光屏上的光點隨外加信號的變化描繪出被測信號的波形。圖4中，Y、和X、兩對互相垂直的偏轉(zhuǎn)板組成偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。兩對偏轉(zhuǎn)板分別加上電壓，使兩對偏轉(zhuǎn)板間各自形成電場，分別控制電子束在垂直方向和水平方向偏轉(zhuǎn)。水平偏轉(zhuǎn)位移與偏轉(zhuǎn)電壓關(guān)系：。偏轉(zhuǎn)位移與偏轉(zhuǎn)電壓成正比，要使電子在水平方向做勻速直線運動，水平偏轉(zhuǎn)電壓

7、必須隨時間均勻增加，故水平偏轉(zhuǎn)電壓為圖5所示：只在X、間加如圖5所示電壓，在Y、不加電壓時，光屏上的亮斑就從一邊勻速地水平移到另一邊，然后迅速返回原處，再勻速地水平移到另一邊，這個過程叫掃描，當(dāng)掃描電壓的頻率加快時，由于視覺暫留和熒光物質(zhì)的殘光特性，在熒光屏上移動的亮斑看起來成了一條亮線。再在Y、間加正弦（余弦）信號電壓，電子就參與了兩種運動，即水平方向勻速直線運動，豎直方向簡諧運動。由于視覺暫留和熒光物質(zhì)的殘光特性，就在熒光屏上顯示正弦（余弦）圖，橫坐標(biāo)表示時間。4練習(xí)鞏固題1在觀察按正弦規(guī)律變化的電壓圖象時，只看到一個完整的正弦波形，現(xiàn)欲在熒光屏上看到三個正弦波形，應(yīng)調(diào)節(jié)（）A掃描頻率旋鈕B掃描微調(diào)旋鈕C衰減旋鈕DX增益旋鈕答案：B題2如果只在示波器的Y接口上按照如圖所示加一直流電壓，熒光屏上顯示什么圖像？如按圖6a電路在Y接口上分別加上如圖b所示的交流電壓或鋸齒電壓，熒光屏上呈現(xiàn)什么圖像？答案：加一直流電壓，熒光屏上顯示一個亮點，加上如圖6b所示的交流電壓或鋸齒電壓，熒光屏上呈現(xiàn)豎直亮線。題3用示波器觀察頻率為900Hz的正弦電壓信號。把該信號接入示波器Y輸入。當(dāng)屏幕上出現(xiàn)如圖7所示的波形時，應(yīng)調(diào)節(jié) 鈕。如果正弦波的