高中物理第2章第3节示波器的使用学案教科版选修32.docx

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高中物理第2章第3节示波器的使用学案教科版选修32

学案4　示波器的使用

[目标定位]　1.了解示波器面板上各个旋钮的名称及作用.2.练习使用示波器观察交流电的波形．

一、对示波器原理的理解

示波管是示波器的核心部件，外部是一个抽成真空的玻璃壳，内部主要由电子枪（由发射电子的灯丝、加速电极组成）、偏转电极（由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成）和荧光屏组成，如图1所示．

图1

XX′偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压（扫描电压）；YY′偏转电极上加的是待显示的信号电压．如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图像．

二、认识示波器面板上的旋钮

　如图2所示为编号对应的旋钮名称及作用如下．

图2

1．电源开关．

2．电源指示灯：

开启电源开关，进行预热，指示灯亮．

3．辉度调节旋钮：

用来调节图像亮度．

10．衰减调节旋钮：

最右边的“

”符号表示机内提供正弦交流信号．

11．扫描范围旋钮：

用来调节扫描电压的频率范围，其中最右边的“外X”挡是指使用外部输入的扫描电压．

12．扫描微调旋钮：

在选定扫描范围内调节扫描频率．

13．外部信号输入端：

包括“Y输入”、“X输入”和“地”三个接线柱，其中“地”是公共端．

14．交直流选择开关：

“DC”代表直流，“AC”代表交流．

15．同步极性选择开关．

三、认识和使用示波器

[问题设计]

1．打开示波器电源开关后，为什么要预热1～2分钟后才开始使用？

答案　示波管中的电子枪需要预热，才有电子发射出来．

2．调节亮斑前，为什么要先把辉度调节旋钮反转到底？

竖直、水平位移旋钮调到中间位置？

衰减调节旋钮置于最高挡？

扫描范围旋钮置于“外X”挡？

答案　以免开机时亮度太大损坏示波管；使图像位于屏幕中央；使波形不要太大，超出屏幕范围；不加扫描电压，使图像在水平中央位置．

[要点提炼]

1．看亮斑：

辉度调节旋钮调到反时针到底，竖直位移和水平位移旋钮旋到中间，扫描范围旋钮置“外X”挡．辉度调节旋钮最弱是为了当亮斑出现时不会过亮烧坏荧光屏，后面可慢慢调节至较合适亮度．竖直位移和水平位移旋钮旋到中间，目的是为了使亮斑出现时能出现在屏幕上，而不会跑到屏幕外．亮斑出现了，调节聚焦旋钮和辅助聚焦旋钮，使亮斑最圆最小．调节水平位移和竖直位移旋钮观察亮斑上下和水平移动．

2．观察亮斑移动（扫描）：

把衰减调到1，扫描范围旋钮调到最低挡，扫描微调到反时针到底，目的是使扫描频率最小．扫描一次的时间是亮点从左边运动到右边所用的时间，扫描频率则是一秒钟从左边到右边运动的次数．要看到是一个亮点运动，必须使频率小．当看到亮斑运动后，调节扫描微调旋钮，可看到亮斑运动得更快，最后变成了一条亮线．

3．观察竖直偏转直流电压对亮斑位移的影响．

当观察亮斑完成后，可在输入端接上“Y输入”、“地”，移动滑动变阻器的滑片，使输入直流电压增大，亮斑偏离位移增大．

4．观察正弦波或余弦波形：

若外加的是正弦交变电压，当扫描频率是交变电压整数倍时可在屏上看到正弦图形．

正弦波形成：

亮斑从左到右运动的时间若刚好等于交变电压的周期，则在屏上出现一个完整正弦波形，若是交变电压周期的两倍则出现两个完整波形．

5．注意竖直位移旋钮、水平位移旋钮和Y增益旋钮、X增益旋钮之间的区别：

一个是调节平衡位置上下运动，一个是调节上下运动振幅；一个是调节水平扫描中心位置，一个是调节扫描幅度．

6．注意衰减和Y增益之间的关系，衰减是大幅度调节振幅，1是不衰减，10表示振幅变为原来的十分之一，100表示变为原来的一百分之一．而Y增益是较小范围调节振幅，注意扫描范围旋钮和扫描微调旋钮配合调节扫描频率，如要调到频率为900赫兹，则先把扫描范围旋钮打在1000赫兹处，再调节扫描微调旋钮使频率在1000赫兹左右小范围变动，可调到900赫兹．

一、对示波器原理的理解

例1

　电子枪发射出的电子打在荧光屏上时，会在那里产生一个亮斑，如果在荧光屏上得到如图3所示的亮斑P，那么示波管中的（　　）

图3

A．极板X应带正电B．极板X′应带正电

C．极板Y应带正电D．极板Y′应带正电

答案　BC

二、认识及使用示波器

例2

　如图4甲为示波器面板，图乙为一信号源．

图4

（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2个完整的波形，应调节________旋钮．

解析　

（1）示波器内部配有X扫描信号，其扫描频率的高低由扫描范围旋钮和扫描微调旋钮共同调节，要测试其他信号源，只要将其加在Y输入即可，同时信号源的接地端和示波器的“地”相接，故应依次填：

Y输入、地．

（2）波形的上下移动靠调节竖直位移旋钮来实现，左右移动靠调节水平位移旋钮来完成，横向展宽要靠X增益调节旋钮来完成；屏上显示完整波形数的多少要用扫描范围和扫描微调旋钮完成，所以依次应填：

竖直位移（或旋钮6）、X增益调节、扫描范围和扫描微调．

答案　

（1）Y输入　地　

（2）坚直位移　X增益调节　扫描范围和扫描微调

例3

　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．

图5

（1）当屏幕上出现如图5所示的波形时，应调节________旋钮．如果正弦波的正负半周均超出了屏幕的范围，应调节______或________旋钮，或这两个旋钮配合使用，以使正弦波的整个波形出现在屏幕内．

（2）如需要屏幕上正好出现一个完整的正弦波形，应将__________旋钮置于__________的位置，然后调节____________旋钮．

解析　

（1）屏幕上的波形位置偏上，应该调节竖直位移旋钮使其向下移动至屏幕中心；如果正弦波形的正、负半周均超出屏幕的范围，说明波形在竖直方向上的最大距离（波幅）过大，应该调节Y增益调节旋钮使波幅减小，或者调节衰减调节旋钮使整个波形缩小．

（2）如果需要屏幕上出现一个完整的正弦波形，则应使横向扫描频率等于900Hz的正弦电压的频率．首先应将扫描范围旋钮置于“1000”挡位的位置，然后调节扫描微调旋钮，使扫描频率达到900Hz即可形成稳定的波形．

答案　

（1）竖直位移（或↑↓）　衰减调节　Y增益调节

（2）扫描范围　1000挡　扫描微调

三、显示外加信号的波形问题

例4

　图6中

（1）所示是示波管的原理图，它是由电子枪、竖直偏转电极YY′、水平偏转电极XX′和荧光屏组成．电子枪发射的电子打在荧光屏上将出现亮点，不加任何电压时，电子打在荧光屏中心．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．现在加上频率较高的偏转电压，则（　　）

图6

A．如果只在偏转电极XX′上加上如图

（2）所示的电压，应观察到一条水平亮线

B．如果只在偏转电极YY′上加上如图（3）所示U＝Umsinωt的电压，应观察到一条正弦曲线如图（4）

C．如果在偏转电极YY′上加上如图（3）所示U＝Umsinωt的电压，同时在偏转电极XX′上加上图

（2）所示的电压，应观察到一条正弦曲线如图（5）

D．如果在偏转电极YY′上加上如图（3）所示U＝Umsinωt的电压，同时在偏转电极XX′上加上图

（2）所示的电压，应观察到一条正弦曲线如图（4）

解析　如果在偏转电极XX′上加上如图

（2）所示的电压，应观察到一条水平的亮线，故A正确；如果只在偏转电极YY′上加上如图（3）所示U＝Umsinωt的电压，则在水平方向不运动，只在竖直方向偏转，应观察到一条竖直的亮线，故B错误；如果在偏转电极YY′上加上如图（3）所示U＝Umsinωt的电压，同时在偏转电极XX′上加上图

（2）所示的电压，因图

（2）中的电压始终为正，则形成的图像只在O点的一侧为图（4），故C错误，而D正确．

答案　AD

示波器的使用

1．（认识示波器）在“练习使用示波器”的实验中，关于竖直位移旋钮和Y增益调节旋钮的作用，下列说法正确的是（　　）

A．竖直位移旋钮用来调节图像在竖直方向的位置，Y增益旋钮用来调节图像在竖直方向的幅度

B．竖直位移旋钮用来调节图像在竖直方向的幅度，Y增益调节旋钮用来调节图像在竖直方向的位置

C．竖直位移旋钮和Y增益调节旋钮都是用来调节图像在竖直方向的位置

D．竖直位移旋钮和Y增益调节旋钮都是用来调节图像在竖直方向的幅度

答案　A

解析　竖直位移旋钮可以调节图像在屏幕竖直方向的位置，使观察的信号位于屏幕中央，Y增益调节旋钮则用来调节图像在竖直方向的幅度，故A正确，B、C、D错误．

2．（认识及使用示波器）

图7

如图7所示为示波器面板，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____________旋钮和____________旋钮．

（3）若要将波形曲线调至屏中央，应调节________与________旋钮．

答案　

（1）辉度调节（或写为

）　

（2）聚焦调节（或写为⊙）　辅助聚焦调节（或写为○）　（3）竖直位移（或写为↑↓）　水平位移（或写为）

3．（认识及使用示波器）如图8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（　　）

图8

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

答案　ABD

解析　因竖直方向有偏转，水平方向无偏转，所以示波器的扫描范围应置于“外X”挡，故A正确；应输入直流电信号，B正确；改变电源极性，偏转方向也反了，故D正确．滑动变阻器触头向左移动，由闭合回路欧姆定律可得输入的电压变大，偏转位移变大，A点向上移，故C错误．

4．（示波器的原理及显示外加信号的波形问题）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．

图9

（1）如图9所示，如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的（　　）

A．极板X应带正电B．极板X′应带正电

C．极板Y应带正电D．极板Y′应带正电

（2）如果只在偏转电极XX′上加如图10①所示的电压，试在图③中画出所观察到的波形图．

（3）如果在只在偏转电极YY′上加如图②所示的电压，试在图④中画出所观察到的波形图．

（4）如果在偏转电极XX′上加如图①所示的电压，同时在偏转电极YY′上加如图②所示的电压，试在图⑤中画出所观察到的波形图．

图10

答案　

（1）AC　

（2）（3）（4）见解析图

解析　

（1）示波管中电子向第一象限偏转，说明水平方向受力向右，竖直方向受力向上，所以极板X应带正电，极板Y应带正电，故答案选A、C.

（2）如果只在偏转电极XX′上加如图①所示的电压，电子只在水平方向发生偏转，竖直方向不会偏转，故图像为

（3）如果只在偏转电极YY′上加如图②所示的电压，电子只在竖直方向发生偏转，水平方向不会偏转，故图像为

（4）如果在偏转电极XX′上加如图①所示的电压，同时在偏转电极YY′上加如图②所示的电压，X方向为偏转电压，Y方向为扫描电压，因为周期相同，所以屏幕上出现一个完整的正弦波形，所以图像为

题组一　认识及使用示波器

1．示波器使用结束时应注意及时关机，关机的下列操作顺序正确的是（　　）

A．先断开电源开关，再将“辉度调节”旋钮逆时针转到底

B．先断开电源开关，再将“辉度调节”旋钮顺时针转到底

C．先将“辉度调节”旋钮逆时针转到底，再断开电源开关

D．先将“辉度调节”旋钮顺时针转到底，再断开电源开关

答案　C

2．关于示波器上交直流选择开关“DC”和“AC”，下列说法中正确的是（　　）

A．输入直流信号，置于“DC”或“AC”均有信号进入示波器

B．输入交流信号，置于“DC”或“AC”均有信号进入示波器

C．输入直流信号，置于“DC”有信号进入示波器

D．输入交流信号，置于“AC”有信号进入示波器

答案　CD

3．在“练习使用示波器”实验中，某同学欲按要求先在荧光屏上调出亮斑，为此，他进行了如下操作：

首先经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某位置，将衰减调节旋钮置于“1000”挡，扫描范围旋钮置于“外X”挡．然后打开电源开关（指示灯亮），过2min后，顺时针旋转辉度调节旋钮，结果屏上始终无亮斑出现（示波器完好）．那么，他应再调节下列哪个旋钮才有可能在屏上出现亮斑（　　）

A．竖直位移旋钮B．水平位移旋钮

C．聚焦调节旋钮D．辅助聚焦调节旋钮

答案　AB

解析　由题意知示波器的偏转电极YY′与XX′上都没加电压，亮斑应在屏的中央，若不在中央（或没有亮斑）应调节竖直位移旋钮和水平位移旋钮．

4．示波器工作时，屏上显示出如图1甲所示的波形，且亮度较弱．要将波形由甲图位置调节到乙图的位置和波形且亮度增强，应调节示波器面板上的__________________旋钮．

图1

A．辉度调节旋钮B．聚焦调节旋钮

C．辅助聚焦调节旋钮D．竖直位移旋钮

E．“Y增益”调节旋钮F．“X增益”调节旋钮

G．水平位移旋钮H．扫描微调旋钮

I．衰减调节旋钮J．扫描范围旋钮

K．同步极性选择开关

答案　A、D、E、F、G、K

5．用示波器观察交流信号时，在显示屏上显示出一个完整的波形（如图2所示），经下列四组操作之一，使该信号显示出两个完整的波形，且波形幅度增大，此组操作是（　　）

图2

A．调整X增益调节旋钮和竖直位移旋钮

B．调整X增益调节旋钮和扫描微调旋钮

C．调整扫描微调旋钮和Y增益调节旋钮

D．调整水平位移旋钮和Y增益调节旋钮

答案　C

解析　调节扫描微调旋钮，减小扫描电压的频率，也就增大了其周期，而信号电压的频率不变，所以在扫描的一个周期内显示的完整波形个数增多，调节Y增益调节旋钮可使波形幅度增大，故C正确．

6．在没有输入电压的情况下，若将图3所示荧光屏的图像：

图3

（1）由图（a）变为图（b），应调节什么旋钮？

怎样调节？

（2）要使图（b）中的亮斑变成亮线应如何调节？

（3）要使

（2）问中的亮线变长应如何调节？

答案　

（1）由图（a）可见亮斑在坐标原点上方，故应先将竖直位移旋钮逆时针旋转，把光斑调到坐标原点．

（2）要使荧光屏上的亮斑变成亮线，应将扫描范围旋钮由“外X”挡调到较高频率挡．

（3）要使

（2）问中的亮线变长应将X增益调节旋钮顺时针旋转．

题组二　显示外加信号的波形问题

7．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”挡，“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像可能是下列图中的（　　）

答案　B

8．示波管的结构中有两对互相垂直的偏转电极XX′和YY′，若在XX′上加上如图4甲所示的扫描电压，在YY′上加上如图乙所示的信号电压，则在示波管荧光屏上看到的图形是下列选项中的（　　）

图4

答案　C

9．若将变压器输出的交流信号按图5所示与示波器连接，对示波器调节后，在荧光屏上出现的波形应为下列选项中的（　　）

图5

答案　C

解析　因二极管具有单向导电性，一个周期内只有半个周期有电压通过，故只有C选项正确．

10．示波管的内部结构如图6甲所示，如果在偏转电极XX′、YY′之间都没有加电压，电子束将打在荧光屏的中心，如果在偏转电极XX′之间和YY′之间加上图丙所示的几种电压，荧光屏上可能会出现图乙中（a）、（b）所示的两种波形．则（　　）

甲

图6

A．若XX′和YY′分别加电压（3）和

（1），荧光屏上可以出现图乙中（a）所示波形

B．若XX′和YY′分别加电压（4）和

（1），荧光屏上可以出现图乙中（a）所示波形

C．若XX′和YY′分别加电压（3）和

（2），荧光屏上可以出现图乙中（b）所示波形

D．若XX′和YY′分别加电压（4）和

（2），荧光屏上可以出现图乙中（b）所示波形

答案　AC

解析　若XX′和YY′分别加电压（3）和

（1），则横轴自左向右移动，纵轴则按正弦规律变化，荧光屏上可以出现如图乙中（a）所示波形，选项A对．若XX′和YY′分别加电压（4）和

（1），则横轴不变，即波形只在纵轴上，不管纵轴上面波形如何变化始终只能出现一条线垂直于横轴，图乙中所示波形（a）、（b）都不可能出现，选项B错．若XX′和YY′分别加电压（4）和

（2），荧光屏上出现两亮点，选项D错．若XX′和YY′分别加电压（3）和

（2），则横轴自左向右运动，纵轴则先为负的定值后为正的定值，荧光屏上可以出现如图乙中（b）所示波形，选项C对．