2019-2020学年高中物理 第二章 交变电流 第3节 示波器的使用学案 教科版选修3-2

第3节示波器的使用一、实验目的1熟悉示波器面板上各旋钮的名称和作用2能用示波器观察波形二、实验原理如图甲所示，示波器是一种能把随时间变化的电信号用图像显示出来的电子仪器凡能转换成电压的其他电信息(如电流、电阻等)和非电信息(如温度、压力、声波等)，都可以用示波器来观察和测量三、实验器材示波器、滑动变阻器、电键、电池、导线若干、电阻箱、二极管四、实验步骤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”挡用分压电路把直流电压加在“y输入”和“地”间，如图乙所示，可以观察到亮斑向上偏移(1)调节“y增益”旋钮，观察亮斑偏移的距离发生变化，调节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)把图乙中的直流电压改加到“x输入”上，观察亮斑发生水平偏移调节“x增益”旋钮，观察亮斑偏移的距离发生变化把“x增益”旋钮顺时针转到处(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(这是机内锯齿波扫描电压在起作用)(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”旋钮调到第四挡(衰减1 000倍)，“交直流选择开关”置于“ac”位置，在“y输入”和“地”两个接线柱上各连接一个有良好绝缘柄的探针(或用多用电表的两表笔)，把两探针分别插入照明电路二线插座的两孔中，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，直到屏幕出现稳定的波形为止(3)调节“y增益”和“x增益”旋钮，观察波形的变化(4)扳动“同步极性选择开关”，观察荧光屏上的正弦曲线的变化4观察其他交变电流的波形观察信号发生器输出的方波和锯齿波的波形分别把低频信号发生器产生的方波和锯齿波信号输入端与示波器的“y输入”和“地”接线柱相连，适当调节示波器有关旋钮，观察稳定的波形五、注意事项1开机前及实验完毕关机前，先要把辉度调节旋钮逆时针转到底(处于亮度最低状态)2使用过程中，不应使光斑过亮，特别是光斑长时间停留在屏上不动时应将亮度减弱，以免损伤荧光屏，缩短示波管的寿命3由示波器y输入的电压不可过大，否则会损坏机内的分压电阻和电子管，在最大衰减倍率(1 000)时也不得超过直流400 v.4尽量避免频繁开机、关机，否则将缩短示波器电子管阴极的寿命，短时间不用时，不必关机只需将辉度旋至荧光屏上无亮线5如果显示的波形受外界干扰，可将机壳用导线接地6当“y输入”接线柱上接出的导线悬空时，它和“地”间电阻极大，环境空间中杂散的电磁场将在导线中感应较大的电压，使屏上出现干扰波形，衰减倍率越小，干扰信号显示的幅度越大若用手摸这条导线会更严重，使用中应尽量避免这种情况对示波器旋钮作用的认识某学生用示波器观察按正弦规律变化的电压图像时，将扫描范围旋钮置于第一挡(10100 hz)，把衰减调节旋钮置于“”挡，把同步极性选择开关置于“”位置，调节扫描微调旋钮，在屏上出现了如图甲所示的正弦曲线后来他又进行了两步调节，使图像变成如图乙所示的曲线，这两步调节可能是()a将衰减调节旋钮换挡并调节有“”的竖直位移旋钮b将衰减调节旋钮换挡并调节y增益旋钮c调节扫描范围旋钮和调节y增益旋钮d调整同步极性开关和调节y增益旋钮解析根据甲、乙两图的对比，由于波形分别从正半周和负半周开始(或波形恰好相反)，故一定调整了同步极性开关由于图像中心未变，水平方向幅度未变，但是y方向的幅度变大了，故一定调整了y增益旋钮，而没有调整竖直位移旋钮和扫描微调旋钮，选项d正确答案d示波器的使用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(1)当屏幕上出现如图所示的波形时，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”旋钮使波幅减少，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该将“扫描范围”旋钮置于“1 k”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答案(1)竖直位移或衰减y增益(2)扫描范围1 k挡扫描微调1用示波器观察某交流信号时，在显示屏上显示出一个完整的波形，如图所示，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()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增益旋钮解析：选c.示波器面板上旋钮的作用：x增益、y增益旋钮分别用来调节图像在水平方向和竖直方向的幅度，水平位移、竖直位移旋钮分别用来调节图像在水平方向和竖直方向的位置，扫描微调旋钮在扫描范围旋钮选定的频率范围内，用来连续改变水平方向扫描电压的频率，信号电压加在竖直偏转电极上当txnty时即x方向的扫描电压的周期等于y方向信号电压周期的整数倍(n)时，光屏上才能形成具有n个波长的完整波形的图案(因为当水平方向的扫描电压完成一个周期的变化时竖直方向的信号电压已经完成了n个周期的变化)本题要使波形幅度增大，需要y增益旋钮来实现本题还要从一个完整波形变成两个完整波形，就是把txnty中的n从1变成2，即增大水平扫描电压的周期，降低水平扫描的频率，需要扫描微调旋钮实现，综合以上分析可知选项c正确2(多选)在应用示波器做观察亮斑在竖直方向的偏移实验时，应将()a“扫描范围”旋钮置于“10”挡b“扫描范围”旋钮置于“外x”挡c“dc”“ac”开关置于“ac”位置d“dc”“ac”开关置于“dc”位置解析：选bd.竖直方向的偏移实验中，水平方向没有偏转，所以扫描范围旋钮应置于“外x”挡，选项b正确；由于做的是竖直方向的偏移实验，不是竖直方向的波形实验，所以“dc”和“ac”开关置于“dc”位置，选项d正确3如果仅在示波器的偏转电极xx上加扫描电压，使亮斑在水平方向这样运动：亮斑从一侧匀速地运动到另一侧，然后迅速返回原处，再匀速地移向另一侧，如此反复继续则此扫描电压随时间变化的规律为图中的()解析：选a.根据不同时刻进入xx偏转电极间电子所受电场力的不同，其偏转情况不同，到达荧光屏上位置不同，因亮斑运动具有周期性，故c不可能，d中亮斑在两侧间往复匀速运动，而b中电压均为正值，亮斑只能在x轴一侧移动，故选a.4若在示波器的“y输入”和“地”之间加上如图所示的电压，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图中的()解析：选c.y方向上有一个恒定电压，扫描范围旋钮置于“外x”挡，示波器内不提供x方向的扫描电压而“x输入”接线柱也没有输入任何扫描电压，所以x方向没有偏转，选项c正确5在应用示波器观察y输入系统的作用时，有下列操作程序，请在横线上填写观察到的现象(1)把“扫描范围”旋钮置于“外x”挡，“dc、ac”开关置于“dc”位置，调节水平、竖直位移旋钮使光点位于荧光屏中心，将衰减旋钮置于“1 000”挡，“y增益”旋钮顺时针转到二分之一处(2)用12节干电池(1.5 v)作直流电源，将电源和变阻器组成如图所示的直流回路，并取出一部分电压加到“y输入”与“地”接线柱上(3)移动变阻器中心触头位置，改变“y输入”电压，观察亮点偏离光屏中心的距离_(4)将“衰减”旋钮分别置于“10”“100”挡，重复上一步骤，这时会发现亮点离光屏中心距离_，由此可见“衰减”旋钮的作用是_(5)将直流电源的正负接线互换，改变输入电压方向，观察光点偏移方向的变化，这时可能看到_答案：(3)变化(4)由大变小改变偏转电压，改变亮点偏离幅度(5)向相反方向偏移(或向下偏移)6图甲为示波器面板，图乙为一信号源(1)若要观测此信号源发出的正弦交流信号的波形，应将信号源的a端与示波器面板上的_连接柱相连，b端与_连线柱相连(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2个完整的波形，应调节_旋钮解析：(1)示波器内部配有x扫描信号，其扫描频率的高低由扫描范围旋钮和微调旋钮共同调节，要测试其他信号，只要将其加在y输入即可，同时信号的接地端和示波器的“地”相接，故应依次填：y输入，地(2)波形的上下移动靠调节“”旋钮来实现，左右移动靠调节“”来完成；横向展宽要靠x增益来完成；屏上显示完整波形数的多少要用扫描范围和微调完成，所以依次应填：(或旋钮6)，x增益，扫描范围和扫描微调答案：(1)y输入地(2)x增益扫描范围和扫描微调7示波管是示波器的核心部件，它由电子枪、偏转电极和荧光屏组成(1)如图甲所示，如果在荧光屏上p点出现亮斑，那么示波管中的_a极板x应带正电b极板x应带正电c极板y应带正电d极板y应带正电(2)如果只在偏转电极xx上加如图乙所示的电压，试在图中画出所观察到的波形图(3)如果只在偏转电极yy上加如图所示的电压，试在图中画出所观察到的波形图(4)如果在偏转电极xx上加如图所示的电压，同时在偏转电极yy上加如图所示的电压，试在图中画出所观察到的波形图解析：(1)示波管中电子向第一象限偏转，说明水平方向受力向右，竖直方向受力向上，所以极板x应带正电，极板y