如何突破示波器的幾個(gè)重難點(diǎn)

1、突破示波器幾個(gè)重難點(diǎn)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(hào)隨時(shí)間變化，掃描原理及掃描頻率與完整波形的關(guān)系，針對(duì)以上幾個(gè)問題筆者設(shè)計(jì)以下教學(xué)過程，實(shí)踐證明教學(xué)效果很好，現(xiàn)筆者總結(jié)如下，希望對(duì)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(jì)一些問題，并現(xiàn)場(chǎng)演示所設(shè)計(jì)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(dòng)時(shí)正好在紙板的正上方，在漏斗里裝滿細(xì)沙。問：紙板不動(dòng)，只有沙斗擺動(dòng)看到什么現(xiàn)象？答：看到垂直的直線。問：紙板沿勻速運(yùn)動(dòng)，沙擺不動(dòng)看到什么現(xiàn)象？答：看到

2、沿的直線。問：沙擺擺動(dòng)同時(shí)紙板沿勻速運(yùn)動(dòng)，看到什么現(xiàn)象？答：看到正弦或余弦圖，即單擺的振動(dòng)圖像。因?yàn)檠匾苿?dòng)的位移除以速度即為時(shí)間。問：以紙板為參照物沙擺怎樣運(yùn)動(dòng)？答：沙擺同時(shí)參與兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，即垂直方向的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)和沿方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)。問：如果紙板不動(dòng)怎樣得到相同的圖形？答：沙擺擺動(dòng)同時(shí)，使沙擺沿方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)。問：紙板長(zhǎng)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(zhǎng)度一定，紙板從始點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)時(shí)間為紙條運(yùn)動(dòng)周期，若紙板運(yùn)動(dòng)周期是沙擺振動(dòng)周期一倍正好得到一副完整的正弦或余弦圖，若紙板運(yùn)動(dòng)周期是沙擺振動(dòng)周期二倍正好得到二

3、副完整的正弦或余弦圖，若紙板運(yùn)動(dòng)周期是沙擺振動(dòng)周期三倍正好得到三副完整的正弦或余弦圖。補(bǔ)充：紙板運(yùn)動(dòng)的周期是沙擺周期的n倍就在紙板條上得到n個(gè)完整的正弦（余弦）波形。或沙擺頻率是紙板頻率n倍就在紙板上得到n個(gè)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(chǎng)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(diǎn)相交。如果前半個(gè)周期內(nèi)B板的電勢(shì)高于A板的電勢(shì)，電場(chǎng)全部集中在兩

4、板之間，且分布均勻。在每個(gè)電子通過極板的時(shí)間內(nèi)，電場(chǎng)視作恒定的，電子在豎直方向按正弦規(guī)律上下移動(dòng)。問：熒光屏不動(dòng)，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€(gè)電子到達(dá)坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)，使屏以速度v沿負(fù)x方向運(yùn)動(dòng)，每經(jīng)過一定時(shí)間后，在一個(gè)極短的時(shí)間內(nèi)它跳回到初始位置，然后重新做同樣的勻速運(yùn)動(dòng)。問：在y軸上不加電壓，使屏以速度v沿負(fù)x方向運(yùn)動(dòng)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(shí)使屏以速度v沿負(fù)x方向運(yùn)動(dòng)，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(hào)的變化規(guī)律。因?yàn)檠豿軸移

5、動(dòng)的位移除以速度即為時(shí)間。問：以熒光屏為參照物電子怎樣運(yùn)動(dòng)？答：電子同時(shí)參與兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，即沿y軸方向的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)和x沿方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)。問：如果熒光屏不動(dòng)怎樣得到相同的圖形？答：電子同時(shí)參與豎直方向簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)和水平方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)。問：要使熒光屏上始終顯示一個(gè)完整的波形，熒光屏必須每隔多長(zhǎng)時(shí)間回到初始位置？答：熒光屏運(yùn)動(dòng)的周期等于信號(hào)電壓的周期。問：兩個(gè)或三個(gè)完整波形呢？答：熒光屏運(yùn)動(dòng)的周期等于信號(hào)電壓的周期兩倍或三倍。問：n個(gè)呢？答：熒光屏運(yùn)動(dòng)的周期等于信號(hào)電壓的周期n倍，則在熒光屏上顯示n個(gè)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)（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(shí)在做沿x軸正方向的勻速直線運(yùn)動(dòng)，學(xué)生很容易理解。故熒光屏上的圖能反映信號(hào)隨時(shí)間變化的規(guī)律。3事實(shí)上示波器中電子同時(shí)參與兩種運(yùn)動(dòng)，即水平方向的勻速運(yùn)動(dòng)和豎直方向的運(yùn)動(dòng)（由所加信號(hào)決定），怎樣使電子在水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)呢？偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)控制電子射線方向，使熒光屏上的光點(diǎn)隨外加信號(hào)的變化描繪出被測(cè)信號(hào)的波形。圖4中，Y、和X、兩對(duì)互相垂直的偏轉(zhuǎn)板組成偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板分別加上電壓，使兩對(duì)偏轉(zhuǎn)板間各自形成電場(chǎng)，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(yùn)動(dòng)，水平偏轉(zhuǎn)電壓

7、必須隨時(shí)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(shí)，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(gè)過程叫掃描，當(dāng)掃描電壓的頻率加快時(shí)，由于視覺暫留和熒光物質(zhì)的殘光特性，在熒光屏上移動(dòng)的亮斑看起來成了一條亮線。再在Y、間加正弦（余弦）信號(hào)電壓，電子就參與了兩種運(yùn)動(dòng)，即水平方向勻速直線運(yùn)動(dòng)，豎直方向簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。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(shí)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(shí)，只看到一個(gè)完整的正弦波形，現(xiàn)欲在熒光屏上看到三個(gè)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(gè)亮點(diǎn)，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(hào)。把該信號(hào)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(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié) 鈕。如果正弦波的