高中物理实验(示波器示波器及其应用).doc

示波器示波器及其应用
一、 示波器的构造及工作原理
示波器的核心部件是示波管，由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空，如图1所示，当偏转电极XX/上都不加电压，电子枪射出的电子打在荧光屏上时，会产生一个亮点。
图1
若在偏转电极YY/（或XX/）上加电压，电子在竖直（或水平）方向上会发生偏转，从而使亮斑位置改变，当电压变化很快时，亮斑位置移动也很快。如果只有水平偏转电极XX/上加电压，荧光屏的亮斑就在同一水平线上发生偏转，亮斑看起来就像一条水平亮线；若在竖直偏转电极YY/上加按正弦规律变化的电压，同时在水平偏转电极XX/上加扫描电压，且后者的周期是前者的整数倍，荧光屏上就显示出正弦曲线。
二、 示波器面板上各旋钮名称、符号及作用
名称
符号　
作用
辉度（亮度）调节旋钮

调节图像的亮度，辉度的调节实际上是改变电子枪（如原理简化图2所示）的加速电压，对电子经过电子枪过程，由qu=mv2/2可知，改变u，v也改变，即改变电子打在屏上的能量，从而改变图像的亮度。
聚焦调节旋钮
辅助聚焦调节

与辉度调节旋钮配合使用可使电子束会聚成细束，在屏上出现小亮斑，使图像线条清晰，通过改变电子透镜的电压从而起到聚焦目的
电源开关
开
接通或断开电源的开关
指示灯

电源接通时，指示灯明亮，再经1～2min的预热，示波器便可工作。
竖直位移旋钮
↑↓
用来调节图象在竖直方向的位置
水平位移旋钮

用来调节图象在水平方向的位置
Y增益旋钮
Y增益
用来调节图象在竖直方向的幅度。通过改变Ｙ、Ｙ/电极上的偏转电压，从而改变Ｙ轴上的偏转量，原理简化图如图3
X增益旋钮
X增益
用来调节图象在水平方向的幅度。通过改变Ｘ、Ｘ/电极上的偏转电压，从而改变Ｘ轴上的偏转量。
衰减调节旋钮
衰减
分1、10、100、1000四挡，“1”挡不衰减，其余各挡分别使加在竖直偏转电极上的信号电压衰减为原来的十分之一、百分之一、千分之一；最右边的正弦符号“ ”挡不是衰减，而是由机内自行提供竖直方向的按正弦规律变化的交流电压，可用来观察正弦波形或检查示波器是否正常工作。
扫描范围旋钮
扫描范围
用来改变扫描电压的频率范围，有四个挡，左边第一挡是10～100Hz，向右旋转每升高一挡，扫描频率增大10倍。最右边是“外Ｘ挡”，使用这一挡时，机内没有加扫描电压，水平方向的电压可以从外部输入。
扫描微调旋钮
扫描微调
使扫描电压频率在选定的范围内连续变化，顺时针旋转时频率增加
“Ｙ输入”、“Ｘ输入”、“地”
Ｙ输入、Ｘ输入、地
处在底行中间位置。分别为竖直方向、水平方向和公共接地的输入接线柱
交直流选择
ＤＣ
ＡＣ
置于“ＤＣ”位置时，所加的信号电压是直接输入的；置于“ＡＣ”位置时，所加的信号电压是通过一个电容器输入的，可以让交流信号输入，可以让交流信号通过而隔断直流成分。
同步极性选择开关
同步
置于“＋”位置时，扫描由被测信号正半周起同步，置于“－”位置时，扫描由负半周起同步。

三、 高考试题例析
例1．（2000全国物理，16）图4为示波器面板，图5为一信号源。
（1）若要观测此信号源发出的正弦交流信号的波形，应将信号源的端与示波器面板上的 接线柱相连，端与 接线柱相连。
（2）若示波器所显示的输入波形如图6所示，要将波形上移，应调节面板上的 旋钮；要使此波形横向展宽，应调节 旋钮；要使屏上能够显示3个完整的波形，应调节 旋钮。
4
5
6
解析（1）观察被测电压信号波形，应从Ｙ输入加入被测信号，另一端接地，故端接Ｙ输入，端接地。
（2）因波形位于屏的下端，要将波形向上调节，故选竖直位移旋钮，逆时针旋转即可；要使此波形横向展宽，即要增加图象在水平方向的幅度，故应调节Ｘ增益；当扫描电压的频率和被观察信号的频率相等时，屏上整好显示一个完整的波形。要使屏上显示3个完整的波形，应调节扫描范围和扫描微调旋钮，使扫描电压的频率等于被观察信号频率的1/3，就可得到3个完整的波形。
答案（1）Ｙ输入地
（2）竖直位移　　Ｘ增益　　扫描范围旋钮和扫描微调
例2．（2003全国物理新课程卷，11，）图7中为示波器面板，屏上显示的是一亮度很低、线条较粗且模糊不清的波形。
（1）若要增大显示波形的亮度，应调节 旋钮。
（2）若要屏上波形线条变细且边缘清晰，应调节 旋钮。
（3）若要将波形曲线调至屏中央，应调节 与 旋钮。
解析（1）若要增大波形的亮度，应调节辉度调节旋钮
（2）若要波形变细且清晰，应调节聚焦调节旋钮和辅助聚焦调节旋钮。
图7
（3）若要将波形调至屏中央，应调节竖直位移与水平位移调节旋钮。
答案（1）辉度调节　　　（2）聚焦调节和辅助聚焦调节　　
（3）竖直位移　　水平位移　
例3．（2007天津理综，22）（3）在“练习使用示波器”实验中，某同学将衰减调节旋钮置于最右边的“ ”挡，扫描范围旋钮置于“外X”档，“X输入”与“地”之间未接信号输入电压，他在示波器荧光屏上看到的图象可能是下图8中的_____________。
图8
郝 双老师制 作

解析　当“外Ｘ”档，机器内没有加扫描电压，水平方向的电压可以从外部输入，由题给条件，“Ｘ输入”与“地”之间未接信号输入电压，故无水平方向的电压。衰减调节旋钮置于“ ”挡表示机内给竖直方向加按正弦规律变化的交流电压，则电子只在竖直方向做往复运动，因此荧光屏上应呈现一条“竖直亮线”，故选项Ｂ正确。
例4．（2007全国理综，22）实验题：
9
（1）用示波器观察频率为900Hz的正弦电压信号。把该信号接入示波器Y输入。
当屏幕上出现如图9所示的波形时，应调节 钮。如果正弦波的正负半周均超出了屏幕的范围，应调节 钮或 钮，或这两个钮配合使用，以使正弦波的整个波形出现在屏幕内。
如需要屏幕上正好出现一个完整的正弦波形，应将 钮置于 位置，然后调节 钮。
解析　（1）图示波形位置偏上，应向下调节才可到适当位置，故应调节竖直位移钮（或↑↓）。如果正弦波的正、负半周均超出了屏幕的范围，说明波形的幅度太大，应减小竖直幅度，故调节衰减钮或Ｙ增益钮均可达到目的。
（2）如要屏幕上正好出现一个完整的正弦波形，则扫描电压的频率与被观察信号的频率应相等，题中要观察频率为900Hz的正弦电压信号，其频率在100Hz～1ＫHz范围内，故先将扫描范围调1Ｋ挡，再调节扫描微调旋钮，将扫描电压的频率调至900 Hz即可。若想观察到n个波形，只需把扫描电压的频率调到被观察信号频率的1/n就可以了。
答案（1）竖直位移或↑↓ 衰减调节 Ｙ增益
（2）扫描范围　1Ｋ挡位　　扫描微调　
综上可知，示波器试题是考查学生的实验素质、实验技能、解决实际问题的能力、综合分析问题能力的优秀试题，它也是区分学生能力强弱的一种常规题型，今后的高考中必会出现，因此要让学生真正掌握示波器的原理，运用学过的实验原理，处理新的实验问题，实现实验知识技能的迁移和创新，以期达到事半功倍的效果。
6