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(diào)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(gòu)造及原理 1.構(gòu)造:示波器核心部分是示波管,示波管由電子槍、偏轉(zhuǎn)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(nèi)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(zhuǎn)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(xiàn)亮點,若在x、y軸加上不同的偏轉(zhuǎn)電壓,電子將發(fā)生不同程度的偏轉(zhuǎn),然后打到熒光屏上,并在屏上不同位置出現(xiàn)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(diào)節(jié)旋鈕:用來調(diào)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(diào)節(jié)圖像的豎直和水平位置. 這兩個旋鈕可以分別調(diào)節(jié)圖像在Y方向和X方向的幅度. 10.衰減調(diào)節(jié)旋鈕:最右邊的“”符號表示機內(nèi)提供正弦交流信號. 11.掃描范圍旋鈕:用來調(diào)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(diào)旋鈕:在選定掃描范圍內(nèi)調(diào)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(zhuǎn)到最右端“外X”擋,衰減調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)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(diào)節(jié)“Y增益”旋鈕,直到亮斑移動距離適中為止. (2)調(diào)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(zhuǎn)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(diào)”旋鈕逆時針轉(zhuǎn)到底,可以觀察到亮斑從左向右移動,并迅速返回左端. (3)調(diào)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(diào)到第一擋“(10~100 Hz)”,“衰減調(diào)節(jié)”旋鈕調(diào)到第四擋(衰減1000倍),接入照明電路,再調(diào)節(jié)掃描微調(diào)旋鈕,直到屏幕出現(xiàn)穩(wěn)定的波形為止. (2)觀察機內(nèi)的正弦信號波形,把示波器的“掃描范圍”旋鈕調(diào)到第一擋(10~100 Hz),“衰減調(diào)節(jié)”旋鈕調(diào)到最右端的“”處,再調(diào)節(jié)掃描微調(diào)旋鈕,直到屏幕出現(xiàn)穩(wěn)定波形為止. (3)調(diào)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(diào)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(diào)節(jié)旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)到底; (2)豎直位移和水平位移旋鈕轉(zhuǎn)到中間位置; (3)衰減調(diào)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(diào)節(jié)旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)亮斑前,為什么要先把輝度旋鈕反轉(zhuǎn)到底?豎直、水平位移旋鈕調(diào)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(diào)節(jié)________旋鈕. (2)若要屏上波形線條變細且邊緣清晰,應調(diào)節(jié)______旋鈕. (3)若要將波形曲線調(diào)至屏中央,應調(diào)節(jié)________與______旋鈕. 答案 (1)輝度(或?qū)憺? (2)聚焦(或?qū)憺椤? (3)豎直位移(或?qū)憺椤? 水平位移(或?qū)憺榀虔? 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(xiàn)水平方向有一自左向右的移動圖形,現(xiàn)要使它在水平方向出現(xiàn)一條直線的方法是( ) A.逆時針旋轉(zhuǎn)輝度調(diào)節(jié)旋鈕 B.調(diào)節(jié)掃描范圍旋鈕和掃描微調(diào)旋鈕,減小掃描頻率 C.調(diào)節(jié)衰減旋鈕 D.調(diào)節(jié)掃描范圍旋鈕和掃描微調(diào)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(xiàn)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(diào)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(xiàn)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(xiàn)一條豎直亮線,應怎樣調(diào)節(jié)示波器? 答案 在屏上已出現(xiàn)亮線(或亮斑)的前提下,將掃描范圍旋鈕置于“外X”擋,衰減調(diào)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(nèi)的鋸齒波掃描電壓,即X1、X2上不加電壓,把衰減調(diào)節(jié)旋鈕置于“”擋時機內(nèi)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(zhuǎn),連續(xù)不斷的偏轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)面板上的________旋鈕;要使此波形橫向展寬,應調(diào)節(jié)________旋鈕;要使屏上能夠顯示3個完整的波形,應調(diào)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(diào) 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(diào)節(jié)豎直位移旋鈕(↓↑)可將波形上移,通過調(diào)節(jié)X增益旋鈕可使波形橫向展寬.通過調(diào)節(jié)掃描范圍旋鈕和掃描微調(diào)旋鈕可使波形數(shù)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(diào)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(diào)節(jié)圖像在豎直方向的位置,Y增益調(diào)節(jié)旋鈕用來調(diào)節(jié)圖像在豎直方向的幅度 B.豎直位移旋鈕用來調(diào)節(jié)圖像在豎直方向的幅度,Y增益調(diào)節(jié)旋鈕用來調(diào)節(jié)圖像在豎直方向的位置 C.豎直位移旋鈕和Y增益調(diào)節(jié)旋鈕都是用來調(diào)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(diào)節(jié)旋鈕都是用來調(diào)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(diào)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(diào)節(jié)旋鈕則用來調(diào)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(diào)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(diào)出亮斑,為此,他進行了如下操作:首先經(jīng)輝度調(diào)節(jié)旋鈕逆時針轉(zhuǎn)到底,豎直位移旋鈕和水平位移旋鈕轉(zhuǎn)到某位置,將衰減調(diào)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(zhuǎn)輝度調(diào)節(jié)旋鈕,結(jié)果屏上始終無亮斑出現(xiàn)(示波器完好).那么,他應再調(diào)節(jié)下列哪個旋鈕才有可能在屏上出現(xiàn)亮斑( ) A.豎直位移旋鈕 B.水平位移旋鈕 C.聚焦調(diào)節(jié)旋鈕 D.輔助聚焦調(diào)節(jié)旋鈕 答案 AB 解析 由題意知示波器的偏轉(zhuǎn)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(diào)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(diào)節(jié)掃描微調(diào)旋鈕,當示波器熒光屏上出現(xiàn)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(diào)到“”擋時,是由機內(nèi)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(xiàn)1個完整的正弦波形,現(xiàn)在熒光屏上出現(xiàn)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(jié)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(diào)節(jié)”旋鈕逆時針轉(zhuǎn)到底 B.先斷開電源開關,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 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 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(jīng)下列四組操作之一,使該信號顯示出兩個完整的波形,且波形幅度增大,此組操作是( ) 圖1 A.調(diào)整X增益旋鈕和豎直位移旋鈕 B.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 答案 C 解析 調(diào)節(jié)掃描微調(diào)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(nèi)顯示的完整波形個數(shù)增多.調(diào)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(diào)節(jié)到圖乙的位置和波形且亮度增強,應調(diào)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(diào)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(xiàn)如圖3所示的波形時,應調(diào)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(diào)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(xiàn)在屏幕內(nèi). (2)如需要屏幕上正好出現(xiàn)一個完整的正弦波形,應將____________旋鈕置于__________的位置,然后調(diào)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(diào) 解析 (1)屏幕上的波形位置偏上,應該調(diào)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(diào)節(jié)“Y增益”旋鈕使波幅減小,或者調(diào)節(jié)“衰減”旋鈕使整個波形縮小. (2)如果需要屏幕上出現(xiàn)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(diào)節(jié)“掃描微調(diào)”旋鈕,使掃描頻率達到900 Hz即可形成穩(wěn)定的波形.- 配套講稿:
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