2021-2022学年高中物理-第二章-交变电流-3-示波器的使用学案-教科版选修3-2.doc

2021-2022学年高中物理 第二章 交变电流 3 示波器的使用学案 教科版选修3-22021-2022学年高中物理 第二章 交变电流 3 示波器的使用学案 教科版选修3-2年级：姓名：- 10 -示波器的使用实验必备自主学习一、实验目的1.了解示波器面板上各个旋钮和开关的名称、作用和操作方法。2.练习使用示波器,会利用示波器观察、检测各种信号。二、实验原理1.示波器核心部分是示波管,示波管由电子枪、偏转电极和荧光屏组成。2.电子枪发射电子束,电子束通过加速电场加速后,在偏转电极的作用下发生偏转。3.将电信号加在偏转电极上,偏转电压改变时,电子偏转距离发生变化,打在荧光屏的不同位置上,荧光屏上就显示出了信号特征。三、实验器材示波器、滑动变阻器、学生电源、开关、导线若干。实验过程合作学习 实验过程 1.观察荧光屏上的亮斑并进行调节:(1)先把辉度调节旋钮逆时针转到底,竖直位移旋钮和水平位移旋钮转到中间位置,衰减调节旋钮置于1 000挡,扫描范围旋钮置于“外X”挡。(2)打开电源开关,等一两分钟(预热)后,顺时针旋转辉度调节旋钮,屏上即出现一个亮斑,调节该旋钮,使亮斑的亮度适中。(3)旋转聚焦调节旋钮和辅助聚焦调节旋钮,观察亮斑的变化情况,并使亮斑最圆、最小。(4)旋转竖直位移旋钮,观察亮斑上下移动的情况:旋转水平位移旋钮,观察亮斑左右移动的情况。调节这两个旋钮,使亮斑位于荧光屏中心。2.观察扫描并进行调节:(1)把“X增益”旋钮顺时针转到处,扫描微调旋钮逆时针转到底,扫描范围旋钮置于最低挡,可看到扫描的情形。(2)顺时针旋转扫描微调旋钮,可看到亮斑移动加快,直至成为一条亮线。(3)调节“X增益”旋钮,可以看到亮线长度随之改变。3.观察亮斑在竖直方向的偏移并进行调节:(1)将扫描范围旋钮置于“外X”挡,交直流选择开关拨到“DC”位置。(2)按如图连接电路。(3)将滑动变阻器的滑片P滑至适当位置后闭合开关。把衰减调节旋钮逆时针依次转到100、10和1挡,观察亮斑向上偏移的情况。(4)调节“Y增益”旋钮,使亮斑偏移一段适当的距离,再调节滑动变阻器,观察亮斑偏移的距离随输入电压变化的情况。(5)调换电池的正、负极,改变输入电压的方向,可以看到亮斑改为向下偏移。4.观察按正弦规律变化的电压的图像:(1)将扫描范围旋钮置于10100 Hz挡,把衰减调节旋钮置于“”挡。(2)调节扫描微调旋钮,使屏上出现完整且稳定的正弦曲线。(3)调节“Y增益”(或“X增益”)旋钮,观察曲线形状沿竖直(或水平)方向的变化情况。(4)调节竖直(或水平)位移旋钮,观察曲线整体在竖直(或水平)方向上的移动情况。5.关机:将辉度调节旋钮逆时针转到底,再断开电源开关。 注意事项 (1)示波器属热电子仪器,要避免频繁开机、关机,否则易损坏仪器。(2)如果发现波形受外界干扰,可将示波器外壳接地。(3)调节屏上亮斑(或图线)时要适中,但是不能过亮,否则容易损伤荧光屏。(4)“Y输入”电压不能太高,以免损坏仪器,在最大衰减时也不能超过400 V。(5)当“Y输入”接导线“悬空”时,容易出现干扰波形,应避免出现这种情况。(6)每次开机前,应先将辉度旋钮逆时针方向转到底,预热后再顺时针方向转动,以增加亮斑(或图线)的亮度。实验研析探究学习类型一示波器旋钮的作用【典例1】在“练习使用示波器”的实验中:某同学将衰减调节旋钮置于最右边的“”挡,扫描范围置于“10”,发现示波器显示屏上显示的波形如图A所示。为将这个波形变为如图B所示的波形,可进行如下调节:(填开关的编号)(1)调节与使图像变细。(2)调节与使图像位于示波器中央。(3)调节增大曲线竖直方向的幅度。(4)调节增大曲线水平方向的幅度。(5)调节使图像从负半周开始。【解析】(1)使图像变细应调节2和3聚焦旋钮;(2)调节6和7使图像位于中央, 6为竖直位移旋钮,7为水平位移旋钮;(3)若要增大波形曲线竖直方向的幅度,应调节8Y增益旋钮;(4)调节9X增益旋钮增大曲线水平方向的幅度;(5)使图像从负半周开始应调节15同步开关。答案:(1)23(2)67(3)8(4)9(5)15【加固训练】图中甲为示波器面板,乙为一信号源。(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a端与示波器面板上的接线柱相连,b端与接线柱相连。(2)若示波器所显示的输入波形如图丙所示,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。【解析】示波器面板上的“Y输入”“X输入”和“地”分别是对应方向的信号输入电压的接线柱和公共接线柱;“竖直位移”旋钮和“水平位移”旋钮分别用来调节图像在竖直方向和水平方向的位移;“Y增益”旋钮和“X增益”旋钮分别用来调节图像在竖直方向和水平方向的幅度;“扫描范围”旋钮用来改变扫描电压的频率范围;“扫描微调”旋钮使扫描电压的频率在选定的范围内连续变化。答案:(1)Y输入地(2)竖直位移X增益扫描范围和扫描微调类型二练习使用示波器【典例2】某学生用示波器观察按正弦规律变化的电压图像时,他将衰减旋钮置于“”挡,将旋钮置于第一挡(10100 Hz),把同步极性选择开关置于“+”位置,调节扫描微调旋钮,在屏幕上出现了如图甲所示的正弦曲线,后来他又进行了两步调节,使图像变成如图乙所示的曲线,这两步调节可能是()A.将衰减调节旋钮换挡并调节标有“”的竖直位移旋钮B.将衰减调节旋钮换挡并调节Y增益旋钮C.调节扫描范围旋钮并调节Y增益旋钮D.将同步极性选择开关置于“-”位置并调节Y增益旋钮【解析】选D。图线并没有上下移动,因此没有调节竖直位移旋钮,故A错误;两位置波形图相反,因此同步极性选择开关置于“-”位置,故B、C错误;图甲中被检测信号正半周期起步变为图乙中由负半周期起步,可见同步极性选择开关由“+”位置变成“-”位置。图乙和图甲相比,竖直方向的幅度变大,所以一定顺时针方向调节了“Y增益”旋钮,故D正确。故选D。课堂检测素养达标1.若在示波器的“Y输入”和“地”之间加上如图甲所示的电压,而扫描范围旋钮置于“外X”挡,则此时屏上应出现的情形是图乙中的()【解析】选C。扫描范围旋钮置于“外X”挡,此时机内没有扫描电压,“Y输入”与“地”之间信号输入电压如图甲所示为一恒定电压,则亮点在y方向的偏转是固定值,水平方向也没有外接电压,屏上的亮斑不会发生水平方向移动,所以看到的图像应该是C图中的图像。2.(多选)如图所示,利用示波器观察亮斑在竖直方向的偏移时,下列做法正确的是()A.示波器的扫描范围应置于“外X”挡B.“DC”“AC”开关应置于“DC”位置C.当亮斑如图乙所示在A位置时,将图中滑动变阻器滑动触头向左移动,则A点下移D.改变图甲电池的极性,图乙的亮斑将向下偏移【解析】选A、B、D。因竖直方向有偏转,水平方向无偏转,故选A。应直接输入信号,故选B。改变电池极性,偏转方向也反了,故D正确。R变大时,输入的电压也变大,偏转位移变大,故C错误。3.示波器可以用来观察电信号随时间变化的情况,其核心部件是示波管,其原理图如图(a)所示,XX为水平偏转电极,YY为竖直偏转电极。以下说法正确的是()A.XX加(d)波形电压、YY不加信号电压,屏上在两个位置出现亮点B.XX加(c)波形电压、YY加(b)波形电压,屏上将出现两条竖直亮线C.XX加(c)波形电压、YY加(c)波形电压,屏上将出现一条竖直亮线D.XX加(c)波形电压、YY加(d)波形电压,屏上将出现(b)所示图线【解析】选A。XX加(d)波形电压、YY不加信号电压,根据示波管的工作原理可知会使电子枪发射的电子在水平电场的作用下,左右周期性地打在屏上,所以屏上在两个水平位置出现亮点,故A正确;XX加(c)波形电压、YY加(b)波形电压,屏上将出现一条竖直亮线,故B错误;XX加(c)波形电压、YY加(c)波形电压,屏上将在一个位置出现亮点,故C错误;XX加(c)波形电压、YY加(d)波形电压,屏上将在两个竖直位置出现亮点,故D错误。4.某同学在做“练习使用示波器”的实验时,将衰减旋钮拨到“”挡,将扫描旋钮拨到10100 Hz挡,然后调节扫描微调旋钮。当示波器荧光屏上出现两个完整的正弦波形时,其扫描频率为()A.10 HzB.25 HzC.50 HzD.100 Hz【解析】选B。由示波器的工作原理可知,当把衰减旋钮调到“”挡时,是由机内提供竖直方向的按正弦规律变化的50 Hz交流电压;当扫描频率等于50 Hz时,荧光屏上应出现1个完整的正弦波形,现在荧光屏上出现2个完整的正弦波形,扫描频率应该是交流信号电压变化频率的一半,所以扫描频率应该是25 Hz,B选项正确。5.如图是示波管的原理图。它由电子枪、偏转电极(XX和YY)、荧光屏组成,管内抽成真空。给电子枪通电后,如果在偏转电极XX和YY上都没有加电压,电子束将打在荧光屏的中心O点。(1)电子在区域是加速的,在区域是偏转的。(2)若UYY0,UXX=0,则电子向板偏移,若UYY=0,UXX=0,则电子打在荧光屏上点,若UYY=0,UXX0,则电子向板偏移。【解析】(1)根据示波器原理区是加速电场区,区是偏转区;(2)在偏转电极YY加电压,且UYY0,UXX=0,Y比Y电势高,电子向高电势运动,即电子向Y极板偏移,若两个偏转电极都不加电压,且UYY=0,UXX=0,则电子打在荧光屏上O点,在偏转电极XX上加电压,且UYY=0,UXX0,X比X电势高,电子向高电势运动,即电子向X极板偏移。答案:(1)(2)YOX6.(2020攀枝花高二检测)在“练习使用示波器的实验”中:(1)如果在示波器荧光屏上发现水平方向有一亮斑自左向右缓慢移动,要使它在水平方向上变成一条亮线的办法是A.顺时针旋转辉度调节旋钮B.调节衰减旋钮C.调节扫描范围旋钮和扫描微调旋钮,增大扫描频率D.调节Y增益旋钮(2)在示波器荧光屏出现了如甲图所示的波形,要使其变为如乙图所示的波形,则应A.调节竖直位移旋钮和水平位移旋钮B.调节扫描范围旋钮和扫描微调旋钮 C.调节聚焦旋钮 D.调节X增益旋钮和Y增益旋钮【解析】(1)为观察示波器的水平扫描作用,调节扫描范围旋钮,看到屏上的亮斑从左向右移动,到达右端后又很快回到左端。之后顺时针旋转扫描微调旋钮以增大扫描频率,此时屏上观察到的现象是:亮点从左向右移动变快,最后变成一条亮线,故C正确,A、B、D错误。(2)由波形图可知,X与Y方向的幅度均增大,因此通过调节X增益旋钮和Y增益旋钮,即可实现,故A、B、C错误,D正确。答案:(1)C(2)D7.(2020泉州高二检测)如图所示,示波管是示波器的核心部件,它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成,如果在荧光屏上P点出现亮斑那么示波管中的()极板X应带正电极板X应带正电极板Y应带正电极板Y应带正电A.B.C.D.【解析】选A。电子受力方向与电场方向相反,因电子向X方向偏转,则电场方向为X到X,则X带正电;同理可知Y带正电,故正确,错误;,与结论相符,选项A正确; ,与结论不相符,选项B错误; ,与结论不相符,选项C错误;,与结论不相符,选项D错误。8.(多选)示波器是一种电子仪器,可以用它观察电信号随时间变化的情况,示波器的核心部件示波管,由电子枪、偏转电极和荧光屏组成,其原理图如图甲所示,图乙是从右向左看到的荧光屏的平面图,在偏转电极XX、YY上都不加电压时,电子束将打在荧光屏的中心点;若亮点很快移动,由于视觉暂留关系,能在荧光屏上看到一条亮线,若在XX上加如图丙所示的扫描电压,在YY上加如图丁所示的信号电压,则在示波管荧光屏上看到的图形不是图中的()【解析】选B、C、D。因XX偏转电极接入的是锯齿形电压,即扫描电压,且周期与YY偏转电极上加的待显示的信号电压相同,所以在荧光屏上得到的信号是在一个周期内的稳定图像,则显示的图像与YY所载入的图像形状是一样的,如A所示,根据题意可知应选B、C、D。