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2019-2020年高中物理 第2章 第3節(jié) 示波器的使用學(xué)案 教科版選修3-2 [目標定位]　1.了解示波器面板上各個旋鈕的名稱及作用.2.練習(xí)使用示波器觀察交流電的波形． 一、對示波器原理的理解 示波管是示波器的核心部件，外部是一個抽成真空的玻璃殼，內(nèi)部主要由電子槍(由發(fā)射電子的燈絲、加速電極組成)、偏轉(zhuǎn)電極(由一對X偏轉(zhuǎn)電極板和一對Y偏轉(zhuǎn)電極板組成)和熒光屏組成，如圖1所示． 圖1 XX′偏轉(zhuǎn)電極接入的是由儀器自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓(掃描電壓)；YY′偏轉(zhuǎn)電極上加的是待顯示的信號電壓．如果信號電壓是周期性的，并且掃描電壓與信號電壓的周期相同，就可以在熒光屏上得到待測信號在一個周期內(nèi)隨時間變化的穩(wěn)定圖像． 二、認識示波器面板上的旋鈕 　如圖2所示為編號對應(yīng)的旋鈕名稱及作用如下． 圖2 1．電源開關(guān)． 2．電源指示燈：開啟電源開關(guān)，進行預(yù)熱，指示燈亮． 3．輝度調(diào)節(jié)旋鈕：用來調(diào)節(jié)圖像亮度． 10．衰減調(diào)節(jié)旋鈕：最右邊的“”符號表示機內(nèi)提供正弦交流信號． 11．掃描范圍旋鈕：用來調(diào)節(jié)掃描電壓的頻率范圍，其中最右邊的“外X”擋是指使用外部輸入的掃描電壓． 12．掃描微調(diào)旋鈕：在選定掃描范圍內(nèi)調(diào)節(jié)掃描頻率． 13．外部信號輸入端：包括“Y輸入”、“X輸入”和“地”三個接線柱，其中“地”是公共端． 14．交直流選擇開關(guān)：“DC”代表直流，“AC”代表交流． 15．同步極性選擇開關(guān)． 三、認識和使用示波器 [問題設(shè)計] 1．打開示波器電源開關(guān)后，為什么要預(yù)熱1～2分鐘后才開始使用？ 答案　示波管中的電子槍需要預(yù)熱，才有電子發(fā)射出來． 2．調(diào)節(jié)亮斑前，為什么要先把輝度調(diào)節(jié)旋鈕反轉(zhuǎn)到底？豎直、水平位移旋鈕調(diào)到中間位置？衰減調(diào)節(jié)旋鈕置于最高擋？掃描范圍旋鈕置于“外X”擋？ 答案　以免開機時亮度太大損壞示波管；使圖像位于屏幕中央；使波形不要太大，超出屏幕范圍；不加掃描電壓，使圖像在水平中央位置． [要點提煉] 1．看亮斑：輝度調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)到反時針到底，豎直位移和水平位移旋鈕旋到中間，掃描范圍旋鈕置“外X”擋．輝度調(diào)節(jié)旋鈕最弱是為了當亮斑出現(xiàn)時不會過亮燒壞熒光屏，后面可慢慢調(diào)節(jié)至較合適亮度．豎直位移和水平位移旋鈕旋到中間，目的是為了使亮斑出現(xiàn)時能出現(xiàn)在屏幕上，而不會跑到屏幕外．亮斑出現(xiàn)了，調(diào)節(jié)聚焦旋鈕和輔助聚焦旋鈕，使亮斑最圓最?。{(diào)節(jié)水平位移和豎直位移旋鈕觀察亮斑上下和水平移動． 2．觀察亮斑移動(掃描)：把衰減調(diào)到1，掃描范圍旋鈕調(diào)到最低擋，掃描微調(diào)到反時針到底，目的是使掃描頻率最?。畳呙枰淮蔚臅r間是亮點從左邊運動到右邊所用的時間，掃描頻率則是一秒鐘從左邊到右邊運動的次數(shù)．要看到是一個亮點運動，必須使頻率?。斂吹搅涟哌\動后，調(diào)節(jié)掃描微調(diào)旋鈕，可看到亮斑運動得更快，最后變成了一條亮線． 3．觀察豎直偏轉(zhuǎn)直流電壓對亮斑位移的影響． 當觀察亮斑完成后，可在輸入端接上“Y輸入”、“地”，移動滑動變阻器的滑片，使輸入直流電壓增大，亮斑偏離位移增大． 4．觀察正弦波或余弦波形：若外加的是正弦交變電壓，當掃描頻率是交變電壓整數(shù)倍時可在屏上看到正弦圖形． 正弦波形成：亮斑從左到右運動的時間若剛好等于交變電壓的周期，則在屏上出現(xiàn)一個完整正弦波形，若是交變電壓周期的兩倍則出現(xiàn)兩個完整波形． 5．注意豎直位移旋鈕、水平位移旋鈕和Y增益旋鈕、X增益旋鈕之間的區(qū)別：一個是調(diào)節(jié)平衡位置上下運動，一個是調(diào)節(jié)上下運動振幅；一個是調(diào)節(jié)水平掃描中心位置，一個是調(diào)節(jié)掃描幅度． 6．注意衰減和Y增益之間的關(guān)系，衰減是大幅度調(diào)節(jié)振幅，1是不衰減，10表示振幅變?yōu)樵瓉淼氖种唬?00表示變?yōu)樵瓉淼囊话俜种唬鳼增益是較小范圍調(diào)節(jié)振幅，注意掃描范圍旋鈕和掃描微調(diào)旋鈕配合調(diào)節(jié)掃描頻率，如要調(diào)到頻率為900赫茲，則先把掃描范圍旋鈕打在1 000 赫茲處，再調(diào)節(jié)掃描微調(diào)旋鈕使頻率在1 000赫茲左右小范圍變動，可調(diào)到900赫茲． 一、對示波器原理的理解 例1　電子槍發(fā)射出的電子打在熒光屏上時，會在那里產(chǎn)生一個亮斑，如果在熒光屏上得到如圖3所示的亮斑P，那么示波管中的(　　) 圖3 A．極板X應(yīng)帶正電 B．極板X′應(yīng)帶正電 C．極板Y應(yīng)帶正電 D．極板Y′應(yīng)帶正電 答案　BC 二、認識及使用示波器 例2　如圖4甲為示波器面板，圖乙為一信號源． 圖4 (1)若要觀測此信號源發(fā)出的正弦交流信號的波形，應(yīng)將信號源的a端與示波器面板上的________接線柱相連，b端與________接線柱相連． (2)若示波器所顯示的輸入波形如圖丙所示，要將波形上移，應(yīng)調(diào)節(jié)面板上的__________旋鈕；要使此波形橫向展寬，應(yīng)調(diào)節(jié)________旋鈕；要使屏上能夠顯示2個完整的波形，應(yīng)調(diào)節(jié)________旋鈕． 解析　(1)示波器內(nèi)部配有X掃描信號，其掃描頻率的高低由掃描范圍旋鈕和掃描微調(diào)旋鈕共同調(diào)節(jié)，要測試其他信號源，只要將其加在Y輸入即可，同時信號源的接地端和示波器的“地”相接，故應(yīng)依次填：Y輸入、地． (2)波形的上下移動靠調(diào)節(jié)豎直位移旋鈕來實現(xiàn)，左右移動靠調(diào)節(jié)水平位移旋鈕來完成，橫向展寬要靠X增益調(diào)節(jié)旋鈕來完成；屏上顯示完整波形數(shù)的多少要用掃描范圍和掃描微調(diào)旋鈕完成，所以依次應(yīng)填：豎直位移(或旋鈕6)、X增益調(diào)節(jié)、掃描范圍和掃描微調(diào)． 答案　(1)Y輸入　地　(2)堅直位移　X增益調(diào)節(jié)　掃描范圍和掃描微調(diào) 例3　用示波器觀察頻率為900 Hz的正弦電壓信號．把該信號接入示波器Y輸入． 圖5 (1)當屏幕上出現(xiàn)如圖5所示的波形時，應(yīng)調(diào)節(jié)________旋鈕．如果正弦波的正負半周均超出了屏幕的范圍，應(yīng)調(diào)節(jié)______或________旋鈕，或這兩個旋鈕配合使用，以使正弦波的整個波形出現(xiàn)在屏幕內(nèi)． (2)如需要屏幕上正好出現(xiàn)一個完整的正弦波形，應(yīng)將__________旋鈕置于__________的位置，然后調(diào)節(jié)____________旋鈕． 解析　(1)屏幕上的波形位置偏上，應(yīng)該調(diào)節(jié)豎直位移旋鈕使其向下移動至屏幕中心；如果正弦波形的正、負半周均超出屏幕的范圍，說明波形在豎直方向上的最大距離(波幅)過大，應(yīng)該調(diào)節(jié)Y增益調(diào)節(jié)旋鈕使波幅減小，或者調(diào)節(jié)衰減調(diào)節(jié)旋鈕使整個波形縮?。? (2)如果需要屏幕上出現(xiàn)一個完整的正弦波形，則應(yīng)使橫向掃描頻率等于900 Hz的正弦電壓的頻率．首先應(yīng)將掃描范圍旋鈕置于“1 000”擋位的位置，然后調(diào)節(jié)掃描微調(diào)旋鈕，使掃描頻率達到900 Hz即可形成穩(wěn)定的波形． 答案　(1)豎直位移(或↑↓)　衰減調(diào)節(jié)　Y增益調(diào)節(jié) (2)掃描范圍　1 000擋　掃描微調(diào) 三、顯示外加信號的波形問題 例4　圖6中(1)所示是示波管的原理圖，它是由電子槍、豎直偏轉(zhuǎn)電極YY′、水平偏轉(zhuǎn)電極XX′和熒光屏組成．電子槍發(fā)射的電子打在熒光屏上將出現(xiàn)亮點，不加任何電壓時，電子打在熒光屏中心．若亮點很快移動，由于視覺暫留關(guān)系，能在熒光屏上看到一條亮線．現(xiàn)在加上頻率較高的偏轉(zhuǎn)電壓，則(　　) 圖6 A．如果只在偏轉(zhuǎn)電極XX′上加上如圖(2)所示的電壓，應(yīng)觀察到一條水平亮線 B．如果只在偏轉(zhuǎn)電極YY′上加上如圖(3)所示U＝Umsin ωt的電壓，應(yīng)觀察到一條正弦曲線如圖(4) C．如果在偏轉(zhuǎn)電極YY′上加上如圖(3)所示U＝Umsin ωt的電壓，同時在偏轉(zhuǎn)電極XX′上加上圖(2)所示的電壓，應(yīng)觀察到一條正弦曲線如圖(5) D．如果在偏轉(zhuǎn)電極YY′上加上如圖(3)所示U＝Umsin ωt的電壓，同時在偏轉(zhuǎn)電極XX′上加上圖(2)所示的電壓，應(yīng)觀察到一條正弦曲線如圖(4) 解析　如果在偏轉(zhuǎn)電極XX′上加上如圖(2)所示的電壓，應(yīng)觀察到一條水平的亮線，故A正確；如果只在偏轉(zhuǎn)電極YY′上加上如圖(3)所示U＝Umsin ωt的電壓，則在水平方向不運動，只在豎直方向偏轉(zhuǎn)，應(yīng)觀察到一條豎直的亮線，故B錯誤；如果在偏轉(zhuǎn)電極YY′上加上如圖(3)所示U＝Umsin ωt的電壓，同時在偏轉(zhuǎn)電極XX′上加上圖(2)所示的電壓，因圖(2)中的電壓始終為正，則形成的圖像只在O點的一側(cè)為圖(4)，故C錯誤，而D正確． 答案　AD 示波器的使用 1．(認識示波器)在“練習(xí)使用示波器”的實驗中，關(guān)于豎直位移旋鈕和Y增益調(diào)節(jié)旋鈕的作用，下列說法正確的是(　　) A．豎直位移旋鈕用來調(diào)節(jié)圖像在豎直方向的位置，Y增益旋鈕用來調(diào)節(jié)圖像在豎直方向的幅度 B．豎直位移旋鈕用來調(diào)節(jié)圖像在豎直方向的幅度，Y增益調(diào)節(jié)旋鈕用來調(diào)節(jié)圖像在豎直方向的位置 C．豎直位移旋鈕和Y增益調(diào)節(jié)旋鈕都是用來調(diào)節(jié)圖像在豎直方向的位置 D．豎直位移旋鈕和Y增益調(diào)節(jié)旋鈕都是用來調(diào)節(jié)圖像在豎直方向的幅度 答案　A 解析　豎直位移旋鈕可以調(diào)節(jié)圖像在屏幕豎直方向的位置，使觀察的信號位于屏幕中央，Y增益調(diào)節(jié)旋鈕則用來調(diào)節(jié)圖像在豎直方向的幅度，故A正確，B、C、D錯誤． 2．(認識及使用示波器) 圖7 如圖7所示為示波器面板，屏上顯示的是一亮度很低、線條較粗且模糊不清的波形． (1)若要增大顯示波形的亮度，應(yīng)調(diào)節(jié)____________旋鈕． (2)若要屏上波形線條變細且邊緣清晰，應(yīng)調(diào)節(jié)____________旋鈕和____________旋鈕． (3)若要將波形曲線調(diào)至屏中央，應(yīng)調(diào)節(jié)________與________旋鈕． 答案　(1)輝度調(diào)節(jié)(或?qū)憺?　(2)聚焦調(diào)節(jié)(或?qū)憺椤?　輔助聚焦調(diào)節(jié)(或?qū)憺椤?　(3)豎直位移(或?qū)憺椤?　水平位移(或?qū)憺榀虔? 3．(認識及使用示波器)如圖8所示，利用示波器觀察亮斑在豎直方向的偏移時，下列做法正確的是(　　) 圖8 A．示波器的掃描范圍應(yīng)置于“外X”擋 B．“DC”、“AC”開關(guān)應(yīng)置于“DC”位置 C．當亮斑如圖乙所示在A位置時，將圖中滑動變阻器滑動觸頭向左移動，則A點下移 D．改變圖甲電池的極性，圖乙的亮斑將向下偏移 答案　ABD 解析　因豎直方向有偏轉(zhuǎn)，水平方向無偏轉(zhuǎn)，所以示波器的掃描范圍應(yīng)置于“外X”擋，故A正確；應(yīng)輸入直流電信號，B正確；改變電源極性，偏轉(zhuǎn)方向也反了，故D正確．滑動變阻器觸頭向左移動，由閉合回路歐姆定律可得輸入的電壓變大，偏轉(zhuǎn)位移變大，A點向上移，故C錯誤． 4．(示波器的原理及顯示外加信號的波形問題)示波管是示波器的核心部件，它由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成． 圖9 (1)如圖9所示，如果在熒光屏上P點出現(xiàn)亮斑，那么示波管中的(　　) A．極板X應(yīng)帶正電 B．極板X′應(yīng)帶正電 C．極板Y應(yīng)帶正電 D．極板Y′應(yīng)帶正電 (2)如果只在偏轉(zhuǎn)電極XX′上加如圖10①所示的電壓，試在圖③中畫出所觀察到的波形圖． (3)如果在只在偏轉(zhuǎn)電極YY′上加如圖②所示的電壓，試在圖④中畫出所觀察到的波形圖． (4)如果在偏轉(zhuǎn)電極XX′上加如圖①所示的電壓，同時在偏轉(zhuǎn)電極YY′上加如圖②所示的電壓，試在圖⑤中畫出所觀察到的波形圖． 圖10 答案　(1)AC　(2)(3)(4)見解析圖 解析　(1)示波管中電子向第一象限偏轉(zhuǎn)，說明水平方向受力向右，豎直方向受力向上，所以極板X應(yīng)帶正電，極板Y應(yīng)帶正電，故答案選A、C. (2)如果只在偏轉(zhuǎn)電極XX′上加如圖①所示的電壓，電子只在水平方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，豎直方向不會偏轉(zhuǎn)，故圖像為 (3)如果只在偏轉(zhuǎn)電極YY′上加如圖②所示的電壓，電子只在豎直方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，水平方向不會偏轉(zhuǎn)，故圖像為 (4)如果在偏轉(zhuǎn)電極XX′上加如圖①所示的電壓，同時在偏轉(zhuǎn)電極YY′上加如圖②所示的電壓，X方向為偏轉(zhuǎn)電壓，Y方向為掃描電壓，因為周期相同，所以屏幕上出現(xiàn)一個完整的正弦波形，所以圖像為 題組一　認識及使用示波器 1．示波器使用結(jié)束時應(yīng)注意及時關(guān)機，關(guān)機的下列操作順序正確的是(　　) A．先斷開電源開關(guān)，再將“輝度調(diào)節(jié)”旋鈕逆時針轉(zhuǎn)到底 B．先斷開電源開關(guān)，再將“輝度調(diào)節(jié)”旋鈕順時針轉(zhuǎn)到底 C．先將“輝度調(diào)節(jié)”旋鈕逆時針轉(zhuǎn)到底，再斷開電源開關(guān) D．先將“輝度調(diào)節(jié)”旋鈕順時針轉(zhuǎn)到底，再斷開電源開關(guān) 答案　C 2．關(guān)于示波器上交直流選擇開關(guān)“DC”和“AC”，下列說法中正確的是(　　) A．輸入直流信號，置于“DC”或“AC”均有信號進入示波器 B．輸入交流信號，置于“DC”或“AC”均有信號進入示波器 C．輸入直流信號，置于“DC”有信號進入示波器 D．輸入交流信號，置于“AC”有信號進入示波器 答案　CD 3．在“練習(xí)使用示波器”實驗中，某同學(xué)欲按要求先在熒光屏上調(diào)出亮斑，為此，他進行了如下操作：首先經(jīng)輝度調(diào)節(jié)旋鈕逆時針轉(zhuǎn)到底，豎直位移旋鈕和水平位移旋鈕轉(zhuǎn)到某位置，將衰減調(diào)節(jié)旋鈕置于“1 000”擋，掃描范圍旋鈕置于“外X”擋．然后打開電源開關(guān)(指示燈亮)，過2 min后，順時針旋轉(zhuǎn)輝度調(diào)節(jié)旋鈕，結(jié)果屏上始終無亮斑出現(xiàn)(示波器完好)．那么，他應(yīng)再調(diào)節(jié)下列哪個旋鈕才有可能在屏上出現(xiàn)亮斑(　　) A．豎直位移旋鈕 B．水平位移旋鈕 C．聚焦調(diào)節(jié)旋鈕 D．輔助聚焦調(diào)節(jié)旋鈕 答案　AB 解析　由題意知示波器的偏轉(zhuǎn)電極YY′與XX′上都沒加電壓，亮斑應(yīng)在屏的中央，若不在中央(或沒有亮斑)應(yīng)調(diào)節(jié)豎直位移旋鈕和水平位移旋鈕． 4．示波器工作時，屏上顯示出如圖1甲所示的波形，且亮度較弱．要將波形由甲圖位置調(diào)節(jié)到乙圖的位置和波形且亮度增強，應(yīng)調(diào)節(jié)示波器面板上的__________________旋鈕． 圖1 A．輝度調(diào)節(jié)旋鈕 B．聚焦調(diào)節(jié)旋鈕 C．輔助聚焦調(diào)節(jié)旋鈕 D．豎直位移旋鈕 E．“Y增益”調(diào)節(jié)旋鈕 F．“X增益”調(diào)節(jié)旋鈕 G．水平位移旋鈕 H．掃描微調(diào)旋鈕 I．衰減調(diào)節(jié)旋鈕 J．掃描范圍旋鈕 K．同步極性選擇開關(guān) 答案　A、D、E、F、G、K 5．用示波器觀察交流信號時，在顯示屏上顯示出一個完整的波形(如圖2所示)，經(jīng)下列四組操作之一，使該信號顯示出兩個完整的波形，且波形幅度增大，此組操作是(　　) 圖2 A．調(diào)整X增益調(diào)節(jié)旋鈕和豎直位移旋鈕 B．調(diào)整X增益調(diào)節(jié)旋鈕和掃描微調(diào)旋鈕 C．調(diào)整掃描微調(diào)旋鈕和Y增益調(diào)節(jié)旋鈕 D．調(diào)整水平位移旋鈕和Y增益調(diào)節(jié)旋鈕 答案　C 解析　調(diào)節(jié)掃描微調(diào)旋鈕，減小掃描電壓的頻率，也就增大了其周期，而信號電壓的頻率不變，所以在掃描的一個周期內(nèi)顯示的完整波形個數(shù)增多，調(diào)節(jié)Y增益調(diào)節(jié)旋鈕可使波形幅度增大，故C正確． 6．在沒有輸入電壓的情況下，若將圖3所示熒光屏的圖像： 圖3 (1)由圖(a)變?yōu)閳D(b)，應(yīng)調(diào)節(jié)什么旋鈕？怎樣調(diào)節(jié)？ (2)要使圖(b)中的亮斑變成亮線應(yīng)如何調(diào)節(jié)？ (3)要使(2)問中的亮線變長應(yīng)如何調(diào)節(jié)？ 答案　(1)由圖(a)可見亮斑在坐標原點上方，故應(yīng)先將豎直位移旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)，把光斑調(diào)到坐標原點． (2)要使熒光屏上的亮斑變成亮線，應(yīng)將掃描范圍旋鈕由“外X”擋調(diào)到較高頻率擋． (3)要使(2)問中的亮線變長應(yīng)將X增益調(diào)節(jié)旋鈕順時針旋轉(zhuǎn)． 題組二　顯示外加信號的波形問題 7．在“練習(xí)使用示波器”實驗中，某同學(xué)將衰減調(diào)節(jié)旋鈕置于最右邊的“”擋，掃描范圍旋鈕置于“外X”擋，“X輸入”與“地”之間未接信號輸入電壓，他在示波器熒光屏上看到的圖像可能是下列圖中的(　　) 答案　B 8．示波管的結(jié)構(gòu)中有兩對互相垂直的偏轉(zhuǎn)電極XX′和YY′，若在XX′上加上如圖4甲所示的掃描電壓，在YY′上加上如圖乙所示的信號電壓，則在示波管熒光屏上看到的圖形是下列選項中的(　　) 圖4 答案　C 9．若將變壓器輸出的交流信號按圖5所示與示波器連接，對示波器調(diào)節(jié)后，在熒光屏上出現(xiàn)的波形應(yīng)為下列選項中的(　　) 圖5 答案　C 解析　因二極管具有單向?qū)щ娦?，一個周期內(nèi)只有半個周期有電壓通過，故只有C選項正確． 10．示波管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖6甲所示，如果在偏轉(zhuǎn)電極XX′、YY′之間都沒有加電壓，電子束將打在熒光屏的中心，如果在偏轉(zhuǎn)電極XX′之間和YY′之間加上圖丙所示的幾種電壓，熒光屏上可能會出現(xiàn)圖乙中(a)、(b)所示的兩種波形．則(　　) 甲 圖6 A．若XX′和YY′分別加電壓(3)和(1)，熒光屏上可以出現(xiàn)圖乙中(a)所示波形 B．若XX′和YY′分別加電壓(4)和(1)，熒光屏上可以出現(xiàn)圖乙中(a)所示波形 C．若XX′和YY′分別加電壓(3)和(2)，熒光屏上可以出現(xiàn)圖乙中(b)所示波形 D．若XX′和YY′分別加電壓(4)和(2)，熒光屏上可以出現(xiàn)圖乙中(b)所示波形 答案　AC 解析　若XX′和YY′分別加電壓(3)和(1)，則橫軸自左向右移動，縱軸則按正弦規(guī)律變化，熒光屏上可以出現(xiàn)如圖乙中(a)所示波形，選項A對．若XX′和YY′分別加電壓(4)和(1)，則橫軸不變，即波形只在縱軸上，不管縱軸上面波形如何變化始終只能出現(xiàn)一條線垂直于橫軸，圖乙中所示波形(a)、(b)都不可能出現(xiàn)，選項B錯．若XX′和YY′分別加電壓(4)和(2)，熒光屏上出現(xiàn)兩亮點，選項D錯．若XX′和YY′分別加電壓(3)和(2)，則橫軸自左向右運動，縱軸則先為負的定值后為正的定值，熒光屏上可以出現(xiàn)如圖乙中(b)所示波形，選項C對．