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 1 2 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 2 1 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 Error 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 Error 这两个旋钮可以分别调节图像的竖直和水平位置 Error 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 13 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 10 100 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 10 100 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 1 2 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 C 1 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 CD 2 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 B 4 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 10 100 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 1 A 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 2 A 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 ADEFGK 9 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