2017-2018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

3 示波器的使用目标定位1.知道示波器面板上各按钮的名称及功能.2.了解示波器的工作原理.3.掌握示波器的基本调节方法：可以用示波器测量电学中的一些物理量；能解决简单的物理问题.一、示波器的构造及原理1.构造：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，如图1所示.图12.示波器的工作原理示波管内的电子枪发射电子，电子被加速电场加速后，进入竖直、水平的两对偏转电极，当两对电极都没有加电压时，电子束将沿直线运动打在荧光屏，在屏上出现亮点，若在x、y轴加上不同的偏转电压，电子将发生不同程度的偏转，然后打到荧光屏上，并在屏上不同位置出现亮点.二、认识示波器面板上的旋钮如图2所示，试写出编号对应的旋钮名称及作用.图21.电源开关.2.电源指示灯：开启电源开关，进行预热，这时指示灯亮.3.辉度调节旋钮：用来调节图像亮度.两者配合使用，可使打到荧光屏上的电子束会聚成一个小亮斑.这两个旋钮可以分别调节图像的竖直和水平位置.这两个旋钮可以分别调节图像在Y方向和X方向的幅度.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、练习使用示波器1.在“Y输入”和“地”间加直流电压，观察亮斑的移动把“交直流开关”扳到直流挡(DC)位置，扫描范围旋钮转到最右端“外X”挡，衰减调节旋钮调到“100”挡，连接电路如图3所示，可以观察到亮斑向上偏移.图3 (1)调节“Y增益”旋钮，直到亮斑移动距离适中为止.(2)调节滑动变阻器的滑片，改变输入电压，观察亮斑移动距离的变化.(3)改变输入电压的极性，可以观察到亮斑向下偏移.(4)扳动“同步极性选择开关”，观察亮斑的偏移方向发生改变.2.观察扫描(1)把图3中的直流电压改加到“X输入”上，观察亮斑发生水平偏移，把“X增益”旋钮顺时针转到处，观察该过程中亮斑偏移距离的变化.(2)撤去外加直流电压，把“扫描范围”旋钮置于最低挡，“扫描微调”旋钮逆时针转到底，可以观察到亮斑从左向右移动，并迅速返回左端.(3)调节“X增益”旋钮，可以观察到亮斑移动距离变化.(4)改变扫描频率，荧光屏上的亮斑变成一条亮线.3.观察正弦交流电压波形(1)把“扫描范围”旋钮调到第一挡“(10100 Hz)”，“衰减调节”旋钮调到第四挡(衰减1000倍)，接入照明电路，再调节扫描微调旋钮，直到屏幕出现稳定的波形为止.(2)观察机内的正弦信号波形，把示波器的“扫描范围”旋钮调到第一挡(10100 Hz)，“衰减调节”旋钮调到最右端的“”处，再调节扫描微调旋钮，直到屏幕出现稳定波形为止.(3)调节“Y增益”旋钮，观察到正弦曲线在竖直方向的高度改变；调节“X增益”旋钮，观察到正弦曲线在水平方向的长度改变.(4)扳动“同步极性选择开关”，荧光屏上的正弦曲线平移了半个周期.四、注意事项1.在开启示波器前，应进行的操作是：(1)辉度调节旋钮逆时针旋转到底；(2)竖直位移和水平位移旋钮转到中间位置；(3)衰减调节旋钮置于最大挡(1 000挡)；(4)扫描范围旋钮置于“外X”挡.2.关机前必须进行的操作是，将辉度调节旋钮逆时针旋转到底，再断开电源开关.深度思考(1)打开电源开关后，为什么要预热12分钟后再开始使用？(2)调节亮斑前，为什么要先把辉度旋钮反转到底？竖直、水平位移旋钮调到中间位置衰减置于最高挡？扫描置于“外X”挡？答案(1)示波管中的电子枪需要预热，才有电子发射出来.(2)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，超出屏幕范围不加描电压，图像在水平中央位置.例1如图4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.图4 (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.答案(1)辉度(或写为)(2)聚焦(或写为)(3)竖直位移(或写为)水平位移(或写为)例2在“练习使用示波器”的实验中：(1)为观察亮斑在竖直方向上的偏移，应该将扫描范围旋钮置于“外X”挡，使亮斑位于屏的_，然后，应把“DC”“AC”开关置于_位置，以给示波器输入一个直流电压.(2)为给示波器输入一个Y方向的直流电压(要求电压从零开始逐渐增加)，请将图5中器材与示波器连成正确的电路.图5(3)如果在示波器荧光屏上发现水平方向有一自左向右的移动图形，现要使它在水平方向出现一条直线的方法是()A.逆时针旋转辉度调节旋钮B.调节扫描范围旋钮和扫描微调旋钮，减小扫描频率C.调节衰减旋钮D.调节扫描范围旋钮和扫描微调旋钮，增大扫描频率(4)若在示波器的“Y输入”和“地”之间加上如图6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下列图中的()图6解析把扫描范围旋钮置于“外X”挡，调整水平位移、竖直位移旋钮，使亮斑位于屏的中心.然后，应把“DC”“AC”开关置于“DC”位置，以给示波器输入一个直流电压.电路的连接要求符合电压是从零开始逐渐增加的，故“Y输入”端电势要比接“地”端电势高.当图形自左向右移动，若速度更快，便可成为一条亮线，故应增加扫描频率.在“Y输入”与“地”之间加一恒定电压，扫描范围旋钮置于“外X”挡时，在光屏上出现的是竖直方向上的一个亮斑，C正确.答案(1)中心DC(2)电路如图所示(3)D(4)C1.(练习使用示波器)欲使屏上出现一条竖直亮线，应怎样调节示波器？答案在屏上已出现亮线(或亮斑)的前提下，将扫描范围旋钮置于“外X”挡，衰减调节旋钮置于“”挡.(若在其他挡位，也可从“Y输入”加一变化较快的电压)解析当扫描范围旋钮置于“外X”挡时，不使用机内的锯齿波扫描电压，即X1、X2上不加电压，把衰减调节旋钮置于“”挡时机内提供正弦交流信号(即加在Y1、Y2上为正弦电流).故电子只在竖直方向偏转，连续不断的偏转电子打在屏上成为一条竖直亮线.2.(练习使用示波器)示波器面板如图7所示，其中甲图为一信号源.图7(1)若要观测此信号源发出的正弦交流信号的波形(正弦交流信号的电流i随时间t做周期性变化的图像如图乙所示)，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.答案(1)Y输入地(2)竖直位移X增益扫描范围和扫描微调解析观察外部输入信号，应把信号源接“Y输入”和“地”接线柱，通过调节竖直位移旋钮()可将波形上移，通过调节X增益旋钮可使波形横向展宽.通过调节扫描范围旋钮和扫描微调旋钮可使波形数改变.题组一练习使用示波器1.(多选)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CD2.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增益调节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的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的答案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.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”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B4.(多选)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1 000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2 min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Y1、Y2与X1、X2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.5.某学生在做“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，然后再调节扫描微调旋钮，当示波器荧光屏上出现两个完整的正弦波形时，其频率为()A.10 Hz B.25 Hz C.50 Hz D.100 Hz答案B解析由示波器的工作原理知，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的交流电压，当扫描频率也等于50 Hz时，荧光屏上应出现1个完整的正弦波形，现在荧光屏上出现两个完整的正弦波形，扫描频率应是交流信号电压变化频率的一半，所以扫描频率应是25 Hz.6.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题组二显示外加信号的波形7.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1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1A.调整X增益旋钮和竖直位移旋钮B.调整X增益旋钮和扫描微调旋钮C.调整扫描微调旋钮和Y增益旋钮D.调整水平位移旋钮和Y增益旋钮答案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增益旋钮即可使波形幅度增大，故C正确.8.示波器工作时，屏上显示出如图2甲所示的波形，且亮度较弱.要将波形由图甲位置调节到图乙的位置和波形且亮度增强，应调节示波器面板上的_旋钮.图2A.辉度旋钮B.聚焦旋钮C.辅助聚焦旋钮D.竖直位移旋钮E.“Y增益”旋钮F.“X增益”旋钮G.水平位移旋钮H.扫描微调旋钮I.衰减旋钮J.扫描范围旋钮K.同步极性选择开关答案ADEFGK9.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.图3 (1)当屏幕上出现如图3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.答案(1)竖直位移(或)衰减Y增益(2)扫描范围1 000挡扫描微调解析(1)屏幕上的波形位置偏上，应该调节“竖直位移”或“”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”旋钮使波幅减小，或者调节“衰减”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900 Hz的正弦电压的频率.首先应将“扫描范围”旋钮置于“1 000”挡位的位置，然后调节“扫描微调”旋钮，使扫描频率达到900 Hz即可形成稳定的波形.