2022年高中物理（SWSJ）教科版选修3-2教学案：第二章 第3节 示波器的使用(含答案)

2022年高中物理（SWSJ）教科版选修3-2教学案：第二章 第3节 示波器的使用(含答案)一、实验目的1了解示波器的工作原理。2熟悉各开关旋钮的作用，练习使用示波器。二、实验原理示波器是一种能把随时间变化的电信号用图像显示出来的电子仪器。凡能转换成电压的其他电学量(如电流、电阻等)和非电学量(如温度、压力、声波等)，都可以用示波器来观察和测量。三、实验器材示波器1台，低压电源1台，变阻器1只，开关一个，导线若干，学生信号源。四、实验步骤1认识示波器的面板，熟悉各部分名称和作用。2开机前的准备把示波器面板上各旋钮调节到下面指定位置：(1)辉度调节旋钮()反时针方向旋到底；(2)竖直位移旋钮()旋至中间位置；(3)水平位移旋钮()旋至中间位置；(4)衰减调节旋钮旋到“1 000”的位置；(5)扫描范围旋钮旋到“外X”位置；(6)Y增益调节旋钮反时针方向旋到底；(7)X增益调节旋钮反时针方向旋到底。3观察荧光屏上的亮斑并进行调节(1)把示波器的电源插头插入适合的电源，把电源开关扳向“开”的位置，可见指示灯亮起，预热12分钟。(2)顺时针方向旋转辉度调节旋钮，使屏上亮斑亮度适中。(3)调节竖直位移、水平位移旋钮使亮斑在屏的中间。(4)旋转聚焦调节旋钮“”和辅助聚焦调节旋钮“”，使亮斑最圆最小。(5)旋转竖直位移旋钮，观察亮斑如何移动。(6)旋转水平位移旋钮，观察亮斑如何移动。4观察扫描并进行调节(1)把X增益调节旋钮顺时针转到1/3处，扫描微调旋钮逆时针转到底，扫描范围旋钮置于最低挡，观察扫描的情形。(2)顺时针旋转扫描微调旋钮，可看到亮斑移动加快，直至为一条亮线。(3)调节X增益调节旋钮，可以看到亮线长度的改变。5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，交流直流选择开关拨到“DC”位置。 (2)按图231所示连接电路。图231(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增益调节旋钮，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，可以看到亮斑改为向下偏移。6观察按正弦规律变化的电压的图线(1)把扫描范围旋钮置于第一挡(10100 Hz)。(2)把衰减调节旋钮置于“”挡，即由示波器本身机内提供竖直方向的按正弦规律变化的电压。(3)反复调节扫描微调旋钮，使屏上出现完整而稳定的正弦曲线。(4)调节Y增益调节旋钮时，观察到曲线的形状沿竖直方向变化；而调节X增益调节旋钮时，观察到曲线的形状沿水平方向变化。(5)当把同步极性选择开关置于“”位置时，正弦曲线从正半周开始，把此时观察到的曲线形状画在圆框内；当把同步极性选择开关置于“”位置时，曲线从负半周开始，把此时观察到的曲线形状画在圆框内。也可以用Y衰减的其他挡位进行测量，把有关数据填入记录表格中，并比较用哪一挡位较为准确。7关机实验完毕，关机前要先把辉度调节旋钮逆时针方向旋到底，然后再切断电源。五、注意事项1开机前及实验完毕关机前，先要把辉度调节旋钮反时针转到底。(处于亮度最低状态)2使用过程中，不应使光斑过亮，特别是当亮斑长时间停留在屏上不动时，应将亮度减弱，以免损伤荧光屏，缩短示波管的寿命。3由示波器Y输入的电压不可过大，否则会损坏机内的分压电阻和电子管，在最大衰减倍率(1 000)时也不得超过直流400 V。4尽量避免频繁开机、关机，否则将缩短示波器电子管阴极的寿命。短时间不用时，不必关机，只需将辉度调节旋钮旋至荧光屏上无亮线。5如果显示的波形受外界干扰，可将机壳用导线接地。6当“Y输入”接线柱上接出的导线悬空时，它和“地”间电阻极大，环境空间中杂散的电磁场将在导线中感应较大的电压，使屏上出现干扰波形，衰减倍率越小，干扰信号显示的幅度越大。若用手摸这条导线会更严重，使用中应尽量避免这种情况。例1用示波器观察频率为900 Hz的正弦电压信号。把该信号接入示波器Y输入。(1)当屏幕上出现如图232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_旋钮或_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。图232(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_位置，然后调节_旋钮。解析(1)屏幕上的波形位置偏上，应调节竖直位移旋钮使其适当向下移动；若正负半周均超出了屏幕的范围，说明在竖直方向的幅度太大，应使其在竖直方向的幅度减小，故应调节Y增益调节旋钮或衰减调节旋钮。(2)所观察信号电压频率为900 Hz，故应先将扫描范围旋钮置于1 000挡，然后调节扫描微调旋钮使扫描电压的频率为900 Hz。答案(1)竖直位移或衰减或衰减调节Y增益(2)扫描范围1 000挡扫描微调例2图233(a)为示波管的原理图。如果在电极YY之间所加的电压按图(b)所示的规律变化，在电极XX之间所加的电压按图(c)所示的规律变化，则在荧光屏上会看到的图形是()图233解析电子在YY和XX间沿电场方向均做初速度为零的匀加速直线运动，由位移公式xat2t2，知水平位移和竖直位移均与电压成正比。在t0时刻，UY0知竖直位移为0，故A、C错误。在t时刻，UY最大知位移方向向上且最大，故B正确，D错误。答案B1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，再断开电源开关解析：选C辉度调节旋钮逆时针旋转时可使屏幕亮度降低，保护屏幕。所以关机时应先将辉度调节旋钮逆时针转到底，再断开电源开关。选项C正确。2(多选)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，如图234所示。如果在荧光屏上P点出现亮斑，那么示波管中的()图234A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应带正电解析：选AC根据亮斑的位置，电子偏向XY区间，说明电子受到电场力作用发生了偏转，因此极板X、极板Y均应带正电。故A、C对。3如果仅在示波器的偏转电极XX上加扫描电压，使亮斑在水平方向这样运动：亮斑从一侧匀速地运动到另一侧，然后迅速返回原处，再匀速地移向另一侧，如此反复继续，则此扫描电压随时间变化的规律是()解析：选A根据不同时刻进入XX偏转电极间电子所受电场力不同，其偏转情况不同，到达荧光屏上位置不同。因为光斑运动具有周期性，故C不可能，D光斑在两侧之间往复匀速运动，而B中电压均为正值，光斑只能在X轴一侧移动，故A正确。4某学生用示波器观察按正弦规律变化的电压图像时，将扫描范围旋钮置于第一挡(10100 Hz)，把衰减调节旋钮置于“”挡，把同步极性选择开关置于“”位置，调节扫描微调旋钮，在屏上出现了如图235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()图235A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增益调节旋钮C调节扫描范围旋钮和调节Y增益调节旋钮D将同步极性选择开关置于“”位置并调节Y增益调节旋钮解析：选D根据甲、乙两图的对比，由于波形分别从正半周和负半周开始(或波形恰好相反)，故一定调整了同步极性开关。由于图像中心未变，水平方向幅度未变，但是Y方向的幅度变大了，故一定调整了Y增益调节旋钮，而没有调整竖直位移旋钮和扫描微调旋钮，选项D正确。5.通过聚焦使亮斑达到最圆最小之后，把一电压信号输入给示波器，如图236所示。把扫描范围旋钮旋到“外X”挡，把“DC、AC”开关置于“DC”一边，调节Y增益调节旋钮到某一位置。当滑片P向左滑动时，可以看到亮斑向上偏移_(选填“变大”或“变小”)；当滑片从原位置向右滑动时，可以看到亮斑_偏移变小(选填“向上”或“向下”)。图236解析：P向左滑动，Y输入的电压变大，所以亮斑向上偏移变大；P向右滑动，亮斑向上偏移变小。答案：变大向上6如图237甲所示为示波器面板，图乙所示为一信号源。图237(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；要使屏上能够显示三个完整的波形，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微调旋钮共同调节，要测试其他信号，只要将其加在Y输入即可，同时信号的接地端和示波器的“地”相接。(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微调旋钮完成。答案：(1)Y输入地(2)竖直位移X增益调节扫描范围和扫描微调