2018-2019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

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1、 3．示波器的使用 [學習目標]　1.了解示波器面板上各個旋鈕的名稱及作用．　2.了解示波器的工作原理．　3.練習使用示波器觀察交流電的波形． [知識探究] 一、實驗原理 示波器是一種能把隨時間變化的電信號用圖像顯示出來的電子儀器．凡能轉(zhuǎn)換成電壓的其他電學量(如電流、電阻等)和非電學量(如溫度、壓力、聲波等)，都可以用示波器來觀察和測量． 二、實驗器材 示波器1臺，低壓電源1臺，變阻器1只，開關(guān)一個，導線若干，學生信號源． 三、實驗步驟 1．認識示波器的面板，熟悉各部分名稱和作用 如圖2-3-1所示：示波器面板上的旋鈕有：電源開關(guān)、電源指示燈、輝度調(diào)節(jié)旋鈕、聚焦調(diào)節(jié)旋鈕、輔

2、助聚焦調(diào)節(jié)旋鈕、豎直位移旋鈕、水平位移旋鈕，Y增益調(diào)節(jié)旋鈕，X增益調(diào)節(jié)旋鈕、衰減調(diào)節(jié)旋鈕、掃描范圍旋鈕、掃描微調(diào)旋鈕、外部信號輸入端、交直流選擇開關(guān)、同步極性選擇開關(guān)． J2459型示波器 圖2-3-1 2．開機前的準備 把示波器面板上各旋鈕調(diào)節(jié)到下面指定位置： (1)輝度調(diào)節(jié)旋鈕()反時針方向旋到底； (2)豎直位移旋鈕(↑↓)旋至中間位置； (3)水平位移旋鈕()旋至中間位置； (4)衰減調(diào)節(jié)旋鈕旋到“1 000”的位置； (5)掃描范圍旋鈕旋到“外X”位置； (6)Y增益調(diào)節(jié)旋鈕反時針方向旋到底； (7)X增益調(diào)節(jié)旋鈕反時針方向旋到底． 3．觀察熒光屏上的亮斑

3、并進行調(diào)節(jié) (1)把示波器的電源插頭插入適合的電源，把電源開關(guān)扳向“開”的位置，可見指示燈亮起，預(yù)熱1～2分鐘． (2)順時針方向旋轉(zhuǎn)輝度調(diào)節(jié)旋鈕，使屏上亮斑亮度適中． (3)調(diào)節(jié)豎直位移、水平位移旋鈕使亮斑在屏的中間． (4)旋轉(zhuǎn)聚焦調(diào)節(jié)旋鈕“⊙”和輔助聚焦調(diào)節(jié)旋鈕“○”，使亮斑最圓最?。? (5)旋轉(zhuǎn)豎直位移旋鈕，觀察亮斑如何移動． (6)旋轉(zhuǎn)水平位移旋鈕，觀察亮斑如何移動． 4．觀察掃描并進行調(diào)節(jié) (1)把X增益調(diào)節(jié)旋鈕順時針轉(zhuǎn)到1/3處，掃描微調(diào)旋鈕逆時針轉(zhuǎn)到底，掃描范圍旋鈕置于最低擋，觀察掃描的情形． (2)順時針旋轉(zhuǎn)掃描微調(diào)旋鈕，可看到亮斑移動加快，直至為一條亮線．

4、 (3)調(diào)節(jié)X增益調(diào)節(jié)旋鈕，可以看到亮線長度的改變． 5．觀察亮斑在豎直方向的偏移并進行調(diào)節(jié) (1)將掃描范圍旋鈕置于“外X”擋，交流直流選擇開關(guān)撥到“DC”位置． (2)按圖2-3-2所示連接電路． 圖2-3-2 (3)將滑動變阻器的滑片P滑至適當位置后閉合開關(guān)，把衰減調(diào)節(jié)旋鈕逆時針依次轉(zhuǎn)到100、10和1擋，觀察亮斑向上偏移的情況． (4)調(diào)節(jié)Y增益調(diào)節(jié)旋鈕，使亮斑偏移一段適當?shù)木嚯x，再調(diào)節(jié)滑動變阻器，觀察亮斑偏移的距離隨輸入電壓變化的情況． (5)調(diào)換電池的正、負極，可以看到亮斑改為向下偏移． 6．觀察按正弦規(guī)律變化的電壓的圖線 (1)把掃描范圍旋鈕置于第一擋(1

5、0～100 Hz)． (2)把衰減調(diào)節(jié)旋鈕置于“”擋，即由示波器本身機內(nèi)提供豎直方向的按正弦規(guī)律變化的電壓． (3)反復調(diào)節(jié)掃描微調(diào)旋鈕，使屏上出現(xiàn)完整而穩(wěn)定的正弦曲線． (4)調(diào)節(jié)Y增益調(diào)節(jié)旋鈕時，觀察到曲線的形狀沿豎直方向變化；而調(diào)節(jié)X增益調(diào)節(jié)旋鈕時，觀察到曲線的形狀沿水平方向變化． (5)當把同步極性選擇開關(guān)置于“＋”位置時，正弦曲線從正半周開始，把此時觀察到的曲線形狀畫在圓框內(nèi)；當把同步極性選擇開關(guān)置于“－”位置時，曲線從負半周開始，把此時觀察到的曲線形狀畫在圓框內(nèi)． 也可以用Y衰減的其他擋位進行測量，把有關(guān)數(shù)據(jù)填入記錄表格中，并比較用哪一擋位較為準確． 7．關(guān)機 實驗完

6、畢，關(guān)機前要先把輝度調(diào)節(jié)旋鈕逆時針方向旋到底，然后再切斷電源． 四、注意事項 1．開機前及實驗完畢關(guān)機前，先要把輝度調(diào)節(jié)旋鈕逆時針轉(zhuǎn)到底．(處于亮度最低狀態(tài)) 2．使用過程中，不應(yīng)使光斑過亮，特別是當亮斑長時間停留在屏上不動時，應(yīng)將亮度減弱，以免損傷熒光屏，縮短示波管的壽命． 3．由示波器Y輸入的電壓不可過大，否則會損壞機內(nèi)的分壓電阻和電子管，在最大衰減倍率(1 000)時也不得超過直流400 V. 4．盡量避免頻繁開機、關(guān)機，否則將縮短示波器電子管陰極的壽命．短時間不用時，不必關(guān)機，只需將輝度調(diào)節(jié)旋鈕旋至熒光屏上無亮線． 5．如果顯示的波形受外界干擾，可將機殼用導線接地． 6．

7、當“Y輸入”接線柱上接出的導線懸空時，它和“地”間電阻極大，環(huán)境空間中雜散的電磁場將在導線中感應(yīng)較大的電壓，使屏上出現(xiàn)干擾波形，衰減倍率越小，干擾信號顯示的幅度越大．若用手摸這條導線會更嚴重，使用中應(yīng)盡量避免這種情況． [典例剖析] 一、對示波管原理的理解 　(多選)圖2-3-3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 (　　) (1) (2)　　　　　

8、　　　(3) (4)　　　　　　　　(5) 圖2-3-3 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，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) AD　[如果在偏轉(zhuǎn)電極XX′上加上如圖(2)所示

9、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)中的電壓為單一方向上，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．] 二、練習使用示波器 　圖2-3-4甲為示波器面板，圖乙為一信號源． 甲　　　　　　　　　　　乙 圖2-3-4 (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__

10、______接線柱相連，b端與________接線柱相連； 圖2-3-5 (2)若示波器所顯示的輸入波形如圖2-3-5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；要使屏上能夠顯示三個完整的波形，應(yīng)調(diào)節(jié)____________旋鈕． 【解析】　(1)若要觀測此信號源發(fā)出的正弦交流信號的波形，應(yīng)從示波器的“Y輸入”和“地”接線柱輸入信號，所以應(yīng)將信號源的a端與示波器面板上的“Y輸入”接線柱相連，b端與“地”接線柱相連． (2)豎直位移旋鈕的作用是調(diào)節(jié)波形在屏幕上的豎直位置，由題圖可知該波形偏下，所以應(yīng)該調(diào)節(jié)6，X增

11、益旋鈕的作用是調(diào)整波形的橫向?qū)挾龋{(diào)節(jié)掃描范圍和掃描微調(diào)可調(diào)整屏幕上顯示的完整的波形數(shù)． 【答案】　(1)Y輸入　地　(2)6　X增益　掃描范圍和掃描微調(diào) (1)觀察正弦波或余弦波：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波形. 正弦波的形成：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. (2)注意豎直位移旋鈕、水平位移旋鈕和X增益、Y增益之間區(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. (3)注意衰減和Y增益之間

12、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?而Y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 Hz，則先把掃描范圍旋鈕打在1 000 Hz處，再調(diào)節(jié)掃描微調(diào)旋鈕使頻率在1 000 Hz左右小范圍變動，可調(diào)到900 Hz. [當 堂 達 標·固 雙 基] 1．用示波器觀察某交流信號時，在顯示屏上顯示出一個完整的波形，如圖2-3-6.經(jīng)下列四組操作之一，使該信號顯示出兩個完整的波形，且波形幅度減?。私M操作是(　　) 圖2-3-6 A．調(diào)整X增益旋鈕和豎直位移旋鈕 B．

13、調(diào)整X增益旋鈕和掃描微調(diào)旋鈕 C．調(diào)整掃描微調(diào)旋鈕和Y增益旋鈕 D．調(diào)整水平位移旋鈕和Y增益旋鈕 C　[要讓顯示屏上的波形由一個變?yōu)閮蓚€，就需提高掃描頻率，即需調(diào)整掃描微調(diào)旋鈕．Y增益旋鈕是用來調(diào)節(jié)圖像在豎直方向上的幅度的，故選項C正確．] 2.若在示波器的“Y輸入”和“地”之間加上如圖2-3-7所示的電壓，而掃描范圍旋鈕置于“外X”擋，則此時屏上應(yīng)出現(xiàn)的情形是下圖中的(　　) 【導學號：24622068】 圖2-3-7 C　[Y方向上有一個恒定電壓，掃描范圍旋鈕置于“外X”擋，示波器內(nèi)不提供X方向的掃描電壓．而“X輸入”接線柱也沒有輸入任何掃描電壓，所以X方向沒有偏轉(zhuǎn)

14、，選項C正確．] 3．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) C　[輝度調(diào)節(jié)旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)時可使屏幕亮度降低，保護屏幕．所以關(guān)機時應(yīng)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)．選項C正確．] 4．如果在示波器的熒光屏上出現(xiàn)一個亮點在水平方向自左向右移動的圖像，現(xiàn)在要使它變成水平方向的一條亮線，調(diào)節(jié)的方法應(yīng)該是(　　) 【導學號：246

15、22069】 A．順時針旋轉(zhuǎn)輝度調(diào)節(jié)旋鈕 B．調(diào)節(jié)衰減旋鈕 C．調(diào)節(jié)掃描范圍旋鈕和掃描微調(diào)旋鈕，增大掃描頻率 D．調(diào)節(jié)Y增益調(diào)節(jié)旋鈕 C　[在熒光屏上出現(xiàn)的是一個亮點自左向右的水平移動的圖形，要把它變成水平方向的亮線，若調(diào)節(jié)輝度旋鈕，只能使亮度增大，不能改變圖形，所以A選項錯誤；若調(diào)節(jié)衰減旋鈕，只能使輸入信號的強度減弱，這里只有一個亮點，沒有輸入信號，所以B選項也是錯的；若調(diào)節(jié)Y增益調(diào)節(jié)是改變豎直方向輸入的信號強度，即改變圖線在豎直方向的幅度，顯然D選項也是錯誤的；現(xiàn)在熒光屏上出現(xiàn)的是水平方向移動的一個亮點，說明水平掃描頻率太小，使眼睛能覺察到亮度的移動，所以應(yīng)該提高水平掃描頻率，使

16、眼睛區(qū)分不開亮點位置的變化，故選項C是正確的．] 5.在應(yīng)用示波器觀察Y輸入系統(tǒng)的作用時，有下列操作程序，請在橫線上填寫觀察到的現(xiàn)象． 圖2-3-8 (1)把“掃描范圍”旋鈕置于“外X”擋，“DC、AC”開關(guān)置于“DC”位置，調(diào)節(jié)水平、豎直位移旋鈕使光點位于熒光屏中心，將衰減旋鈕置于“1 000”擋，“Y增益”旋鈕順時針轉(zhuǎn)到二分之一處； (2)用1～2節(jié)干電池(1.5 V)作直流電源，將電源和變阻器組成如圖2-3-8所示的直流回路，并取出一部分電壓加到“Y輸入”與“地”接線柱上； (3)移動變阻器中心觸頭位置，改變“Y輸入”電壓，觀察亮點偏離光屏中心的距離________； (

17、4)將“衰減”旋鈕分別置于“10”、“100”擋，重復上一步驟，這時會發(fā)現(xiàn)亮點離光屏中心距離________，由此可見“衰減”旋鈕的作用是______________________________________________________________； (5)將直流電源的正負接線互換，改變輸入電壓方向，觀察光點偏移方向的變化，這時可能看到________． 【答案】　(3)變化　(4)由大變小　改變偏轉(zhuǎn)電壓，改變亮點偏離幅度　(5)向相反方向偏移(或向下偏移) 6．圖2-3-9(a)為示波管的原理圖．如果在電極YY′之間所加的電壓按圖2-3-9(b)所示的規(guī)律變化，在電極XX

18、′之間所加的電壓按圖2-3-9(c)所示的規(guī)律變化，則在熒光屏上會看到的圖形是 (　　) (a) (b)　　　　　　　　　(c) 圖2-3-9 A　　　　B　　　　C　　　D B　[電子在YY′和XX′間沿電場方向均做初速度為零的勻加速直線運動，由位移公式x＝at2＝·t2，知水平位移和豎直位移均與電壓成正比．在t＝0時刻，UY＝0知豎直位移為0，故A、C錯誤．在t＝時刻，UY最大知位移方向向上且最大，故B正確．D錯誤．] 7．示波器是檢測和修理各種電子儀器以及進行科學研究必不可少的工具．掌握它的一般使用方法是對每一名普通高中學生的一般要求．如圖2-3-10所示為某次學生實驗時練習使用的J－2456型示波器的面板示意圖．實驗中某學生已經(jīng)在熒光屏中間調(diào)節(jié)出了最圓最小的光斑，則： 他若要觀察機內(nèi)提供的豎直方向的正弦規(guī)律變化的電壓的圖像，應(yīng)怎樣調(diào)節(jié)至最佳狀態(tài)？(寫明必要的文字敘述，控制旋鈕的名稱及指示位置) 圖2-3-10 【解析】　(1)把掃描范圍旋鈕置于第一擋(或10～100 Hz擋)． (2)把衰減調(diào)節(jié)旋鈕置于“”擋，即由機內(nèi)提供豎直方向的按正弦規(guī)律變化的電壓． (3)調(diào)節(jié)掃描微調(diào)旋鈕，使屏上出現(xiàn)完整的正弦曲線． (4)調(diào)節(jié)X增益和Y增益旋鈕，使曲線在水平和豎直方向發(fā)生變化． 【答案】　見解析 9