2017-2018學年高中物理 第二章 交變電流 3 示波器的使用學案 教科版選修3-2.doc

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3 示波器的使用 [目標定位]　1.知道示波器面板上各按鈕的名稱及功能.2.了解示波器的工作原理.3.掌握示波器的基本調節(jié)方法：可以用示波器測量電學中的一些物理量；能解決簡單的物理問題. 一、示波器的構造及原理 1.構造：示波器核心部分是示波管，示波管由電子槍、偏轉電極和熒光屏組成，如圖1所示. 圖1 2.示波器的工作原理 示波管內的電子槍發(fā)射電子，電子被加速電場加速后，進入豎直、水平的兩對偏轉電極，當兩對電極都沒有加電壓時，電子束將沿直線運動打在熒光屏，在屏上出現亮點，若在x、y軸加上不同的偏轉電壓，電子將發(fā)生不同程度的偏轉，然后打到熒光屏上，并在屏上不同位置出現亮點. 二、認識示波器面板上的旋鈕 如圖2所示，試寫出編號對應的旋鈕名稱及作用. 圖2 1.電源開關. 2.電源指示燈：開啟電源開關，進行預熱，這時指示燈亮. 3.輝度調節(jié)旋鈕：用來調節(jié)圖像亮度. 兩者配合使用，可使打到熒光屏上的電子束會聚成一個小亮斑. 這兩個旋鈕可以分別調節(jié)圖像的豎直和水平位置. 這兩個旋鈕可以分別調節(jié)圖像在Y方向和X方向的幅度. 10.衰減調節(jié)旋鈕：最右邊的“”符號表示機內提供正弦交流信號. 11.掃描范圍旋鈕：用來調節(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.掃描微調旋鈕：在選定掃描范圍內調節(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：“DC”代表直流，“AC”代表交流. 15.同步極性選擇開關. 三、練習使用示波器 1.在“Y輸入”和“地”間加直流電壓，觀察亮斑的移動 把“交直流開關”扳到直流擋(DC)位置，掃描范圍旋鈕轉到最右端“外X”擋，衰減調節(jié)旋鈕調到“100”擋，連接電路如圖3所示，可以觀察到亮斑向上偏移. 圖3 (1)調節(jié)“Y增益”旋鈕，直到亮斑移動距離適中為止. (2)調節(jié)滑動變阻器的滑片，改變輸入電壓，觀察亮斑移動距離的變化. (3)改變輸入電壓的極性，可以觀察到亮斑向下偏移. (4)扳動“同步極性選擇開關”，觀察亮斑的偏移方向發(fā)生改變. 2.觀察掃描 (1)把圖3中的直流電壓改加到“X輸入”上，觀察亮斑發(fā)生水平偏移，把“X增益”旋鈕順時針轉到處，觀察該過 程中亮斑偏移距離的變化. (2)撤去外加直流電壓，把“掃描范圍”旋鈕置于最低擋，“掃描微調”旋鈕逆時針轉到底，可以觀察到亮斑從左向右移動，并迅速返回左端. (3)調節(jié)“X增益”旋鈕，可以觀察到亮斑移動距離變化. (4)改變掃描頻率，熒光屏上的亮斑變成一條亮線. 3.觀察正弦交流電壓波形 (1)把“掃描范圍”旋鈕調到第一擋“(10～100 Hz)”，“衰減調節(jié)”旋鈕調到第四擋(衰減1000倍)，接入照明電路，再調節(jié)掃描微調旋鈕，直到屏幕出現穩(wěn)定的波形為止. (2)觀察機內的正弦信號波形，把示波器的“掃描范圍”旋鈕調到第一擋(10～100 Hz)，“衰減調節(jié)”旋鈕調到最右端的“”處，再調節(jié)掃描微調旋鈕，直到屏幕出現穩(wěn)定波形為止. (3)調節(jié)“Y增益”旋鈕，觀察到正弦曲線在豎直方向的高度改變；調節(jié)“X增益”旋鈕，觀察到正弦曲線在水平方向的長度改變. (4)扳動“同步極性選擇開關”，熒光屏上的正弦曲線平移了半個周期. 四、注意事項 1.在開啟示波器前，應進行的操作是： (1)輝度調節(jié)旋鈕逆時針旋轉到底； (2)豎直位移和水平位移旋鈕轉到中間位置； (3)衰減調節(jié)旋鈕置于最大擋(1 000擋)； (4)掃描范圍旋鈕置于“外X”擋. 2.關機前必須進行的操作是，將輝度調節(jié)旋鈕逆時針旋轉到底，再斷開電源開關. 深度思考 (1)打開電源開關后，為什么要預熱1～2分鐘后再開始使用？ (2)調節(jié)亮斑前，為什么要先把輝度旋鈕反轉到底？豎直、水平位移旋鈕調到中間位置衰減置于最高擋？掃描置于“外X”擋？ 答案　(1)示波管中的電子槍需要預熱，才有電子發(fā)射出來.(2)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，超出屏幕范圍不加描電壓，圖像在水平中央位置. 例1　如圖4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. 圖4 (1)若要增大顯示波形的亮度，應調節(jié)________旋鈕. (2)若要屏上波形線條變細且邊緣清晰，應調節(jié)______旋鈕. (3)若要將波形曲線調至屏中央，應調節(jié)________與______旋鈕. 答案　(1)輝度(或寫為)　(2)聚焦(或寫為○) (3)豎直位移(或寫為↑↓)　水平位移(或寫為) 例2　在“練習使用示波器”的實驗中： (1)為觀察亮斑在豎直方向上的偏移，應該將掃描范圍旋鈕置于“外X”擋，使亮斑位于屏的________，然后，應把“DC”－“AC”開關置于________位置，以給示波器輸入一個直流電壓. (2)為給示波器輸入一個Y方向的直流電壓(要求電壓從零開始逐漸增加)，請將圖5中器材與示波器連成正確的電路. 圖5 (3)如果在示波器熒光屏上發(fā)現水平方向有一自左向右的移動圖形，現要使它在水平方向出現一條直線的方法是(　　) A.逆時針旋轉輝度調節(jié)旋鈕 B.調節(jié)掃描范圍旋鈕和掃描微調旋鈕，減小掃描頻率 C.調節(jié)衰減旋鈕 D.調節(jié)掃描范圍旋鈕和掃描微調旋鈕，增大掃描頻率 (4)若在示波器的“Y輸入”和“地”之間加上如圖6所示的電壓，而掃描范圍旋鈕置于“外X”擋，則此時屏上應出現的情形是下列圖中的(　　) 圖6 解析　把掃描范圍旋鈕置于“外X”擋，調整水平位移、豎直位移旋鈕，使亮斑位于屏的中心.然后，應把“DC”－“AC”開關置于“DC”位置，以給示波器輸入一個直流電壓.電路的連接要求符合電壓是從零開始逐漸增加的，故“Y輸入”端電勢要比接“地”端電勢高.當圖形自左向右移動，若速度更快，便可成為一條亮線，故應增加掃描頻率.在“Y輸入”與“地”之間加一恒定電壓，掃描范圍旋鈕置于“外X”擋時，在光屏上出現的是豎直方向上的一個亮斑，C正確. 答案　(1)中心　DC　(2)電路如圖所示　(3)D (4)C 1.(練習使用示波器)欲使屏上出現一條豎直亮線，應怎樣調節(jié)示波器？ 答案　在屏上已出現亮線(或亮斑)的前提下，將掃描范圍旋鈕置于“外X”擋，衰減調節(jié)旋鈕置于“”擋.(若在其他擋位，也可從“Y輸入”加一變化較快的電壓) 解析　當掃描范圍旋鈕置于“外X”擋時，不使用機內的鋸齒波掃描電壓，即X1、X2上不加電壓，把衰減調節(jié)旋鈕置于“”擋時機內提供正弦交流信號(即加在Y1、Y2上為正弦電流).故電子只在豎直方向偏轉，連續(xù)不斷的偏轉電子打在屏上成為一條豎直亮線. 2.(練習使用示波器)示波器面板如圖7所示，其中甲圖為一信號源. 圖7 (1)若要觀測此信號源發(fā)出的正弦交流信號的波形(正弦交流信號的電流i隨時間t做周期性變化的圖像如圖乙所示)，應將信號源的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，應調節(jié)面板上的________旋鈕；要使此波形橫向展寬，應調節(jié)________旋鈕；要使屏上能夠顯示3個完整的波形，應調節(jié)________旋鈕. 答案　(1)Y輸入　地 (2)豎直位移　X增益　掃描范圍和掃描微調 解析　觀察外部輸入信號，應把信號源接“Y輸入”和“地”接線柱，通過調節(jié)豎直位移旋鈕(↓↑)可將波形上移，通過調節(jié)X增益旋鈕可使波形橫向展寬.通過調節(jié)掃描范圍旋鈕和掃描微調旋鈕可使波形數改變. 題組一　練習使用示波器 1.(多選)關于示波器上交直流選擇開關“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 2.在“練習使用示波器”的實驗中，關于豎直位移旋鈕和Y增益調節(jié)旋鈕的作用，下列說法正確的是(　　) A.豎直位移旋鈕用來調節(jié)圖像在豎直方向的位置，Y增益調節(jié)旋鈕用來調節(jié)圖像在豎直方向的幅度 B.豎直位移旋鈕用來調節(jié)圖像在豎直方向的幅度，Y增益調節(jié)旋鈕用來調節(jié)圖像在豎直方向的位置 C.豎直位移旋鈕和Y增益調節(jié)旋鈕都是用來調節(jié)圖像在豎直方向的位置的 D.豎直位移旋鈕和Y增益調節(jié)旋鈕都是用來調節(jié)圖像在豎直方向的幅度的 答案　A 解析　豎直位移旋鈕可以調節(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增益調節(jié)旋鈕則用來調節(jié)圖像在豎直方向的幅度.故A正確，B、C、D錯誤. 3.在“練習使用示波器”實驗中，某同學將衰減調節(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 4.(多選)在“練習使用示波器”實驗中，某同學欲按要求先在熒光屏上調出亮斑，為此，他進行了如下操作：首先經輝度調節(jié)旋鈕逆時針轉到底，豎直位移旋鈕和水平位移旋鈕轉到某位置，將衰減調節(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(指示燈亮)，過2 min后，順時針旋轉輝度調節(jié)旋鈕，結果屏上始終無亮斑出現(示波器完好).那么，他應再調節(jié)下列哪個旋鈕才有可能在屏上出現亮斑(　　) A.豎直位移旋鈕 B.水平位移旋鈕 C.聚焦調節(jié)旋鈕 D.輔助聚焦調節(jié)旋鈕 答案　AB 解析　由題意知示波器的偏轉電極Y1、Y2與X1、X2上都沒加電壓，亮斑應在屏的中央，若不在中央(或沒有亮斑)應調節(jié)豎直位移旋鈕和水平位移旋鈕. 5.某學生在做“練習使用示波器”的實驗時，將衰減旋鈕撥到“”擋，將掃描旋鈕撥到10～100 Hz擋，然后再調節(jié)掃描微調旋鈕，當示波器熒光屏上出現兩個完整的正弦波形時，其頻率為(　　) 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，當把衰減旋鈕調到“”擋時，是由機內提供豎直方向的按正弦規(guī)律變化的50 Hz的交流電壓，當掃描頻率也等于50 Hz時，熒光屏上應出現1個完整的正弦波形，現在熒光屏上出現兩個完整的正弦波形，掃描頻率應是交流信號電壓變化頻率的一半，所以掃描頻率應是25 Hz. 6.示波器使用結束時應注意及時關機，關機的下列操作順序正確的是(　　) A.先斷開電源開關，再將“輝度調節(jié)”旋鈕逆時針轉到底 B.先斷開電源開關，再將“輝度調節(jié)”旋鈕順時針轉到底 C.先將“輝度調節(jié)”旋鈕逆時針轉到底，再斷開電源開關 D.先將“輝度調節(jié)”旋鈕順時針轉到底，再斷開電源開關 答案　C 題組二　顯示外加信號的波形 7.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1所示)，經下列四組操作之一，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1 A.調整X增益旋鈕和豎直位移旋鈕 B.調整X增益旋鈕和掃描微調旋鈕 C.調整掃描微調旋鈕和Y增益旋鈕 D.調整水平位移旋鈕和Y增益旋鈕 答案　C 解析　調節(jié)掃描微調旋鈕，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顯示的完整波形個數增多.調節(jié)Y增益旋鈕即可使波形幅度增大，故C正確. 8.示波器工作時，屏上顯示出如圖2甲所示的波形，且亮度較弱.要將波形由圖甲位置調節(jié)到圖乙的位置和波形且亮度增強，應調節(jié)示波器面板上的______________旋鈕. 圖2 A.輝度旋鈕 B.聚焦旋鈕 C.輔助聚焦旋鈕 D.豎直位移旋鈕 E.“Y增益”旋鈕 F.“X增益”旋鈕 G.水平位移旋鈕 H.掃描微調旋鈕 I.衰減旋鈕 J.掃描范圍旋鈕 K.同步極性選擇開關 答案　ADEFGK 9.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3 (1)當屏幕上出現如圖3所示的波形時，應調節(jié)________旋鈕.如果正弦波的正負半周均超出了屏幕的范圍，應調節(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在屏幕內. (2)如需要屏幕上正好出現一個完整的正弦波形，應將____________旋鈕置于__________的位置，然后調節(jié)____________旋鈕. 答案　(1)豎直位移(或↑↓)　衰減　Y增益 (2)掃描范圍　1 000擋　掃描微調 解析　(1)屏幕上的波形位置偏上，應該調節(jié)“豎直位移”或“↑↓”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，應該調節(jié)“Y增益”旋鈕使波幅減小，或者調節(jié)“衰減”旋鈕使整個波形縮小. (2)如果需要屏幕上出現一個完整的正弦波形，則應使橫向掃描頻率等于900 Hz的正弦電壓的頻率.首先應將“掃描范圍”旋鈕置于“1 000”擋位的位置，然后調節(jié)“掃描微調”旋鈕，使掃描頻率達到900 Hz即可形成穩(wěn)定的波形.