高中物理示波器光屏上图案的形成与形状分析专题辅导

示波器光屏上图案的形成与外形分析重庆张大洪示波器是用来直接观看电信号随时间变化状况的一种电子仪器争论；关于示波器面板的生疏同学们可以参阅高中物理其次册“练习使用示波器”，本文不再赘述。一、图案的形成原理在示波器的竖直偏转电极上加上〔即“Y输入”、“地”之间输入外部需要争论的电压信号，或将“衰减”旋钮置于“∞”而使用机内本身供给的加在竖直方向频率 的正弦沟通电压Y〔10～100、100～ 、 ～ 、 ～ 中的一个档位而使用机内本身供给的图一所示的水平方向的扫描电压，或将“扫描范围”旋钮置于“外X”档而从“X输入”、“地”之间输入的外部供给的电压〕X方向的扫描电压；那么由电子枪发出的电子将同时参与X、Y方向的受控运动，适中选择“扫描范围”旋钮的档位并调整“扫描微调”旋钮及“衰减”旋钮，即可在示波器的光屏上形成清楚的图案。二、图案的外形分析示波器的内部构造如图一所示，假设在偏转电极XX′、YY′上均不加电压时，电子束必水平位移旋钮可以调整光斑的位置。假设只在竖直偏转电极YY′〔常加信号电压而在XX′电极上不加电压则：⑴荧光屏上的光斑只在竖直方向即Y光屏上的任意位置处的竖直线上运动。⑵光斑偏转距离及运动状况分析：如图二所示由于极板YY′很短，故电子在二板间运动YY′板间运动中二板电压UL电子质量、电量 、速度为，则电子在二板间运动时间为 ，电子加速度为

在离开极板YY′后将匀速直线运动到达光屏，设极板YY′到光屏的水平距离为L′，则电子运动时间 ，故在Y方向的偏转距离 ；那么光屏上光斑的偏转距离为。由于L、L′、由装置打算而不变， 是电子的属性所以当加在极板YY′上的电压信号随时间变化即 时光屏上光斑偏离中心的距离必随时间作相应的变化，即⑶当加在YY′上的信号电压

。时，必有屏上光斑离开屏中心的距离光斑必在竖直方向作圆频率为

的简谐振动。

，故说明光屏上的⑷假设加在YY′上的信号电压 变化很快，即圆频率为很大时，则光斑在竖直亮线。⑸无论在YY′上的信号电压 如何变化，电子必只在竖直方向运动，故荧光屏上的亮斑必只在竖直方向上移动或成一竖直亮线如图三所示。假设只在水平偏转电极XX′上加偏转电压〔称扫描电压〕，而在竖直方向YY′上不加电压时则：⑴荧光屏上的光斑只在水平方向〔X〕发生偏移。⑵由于XX′极板很短，故电子在二板间运动时可以将二板间的电压U当作不变，因而光屏上光斑偏离中心的距离〔同YY′方向的偏转距离的分析方法〕XX′极板上所加的电压的变化规律一样。⑶当加在XX′上的信号电压简谐振动。⑷假设加在XX′上的信号电压

时，屏上光斑离开屏中心的距离必有ω的变化很快，即圆频率为很大时，则光斑在水平亮线。四个档表示由机内供给的扫描电压的波形〔 图〕如图四，同前分析可得光屏上的光斑离开光屏中心的水平距离

XX′极板上所加的电压

的变化规律一样〔即〕，故光斑的 图与电压的 图相像；说明光斑离开中心的距离与时间成线性关系；故说明光斑在水平方向作速度为的匀速直线运动，我们称为“扫描”；且由T

知在一⑹无论在XX′上的扫描电压 如何变化，电子必只在水平方向运动，故荧光屏上的亮斑必只在水平方向上移动或成一水平亮线如图五示。荧光屏上呈现出完整图案的条件及图案外形分析：由前分析知光斑在光屏上所形成的图案外形将由X、Y方向的二运动合成，设加在XX′上的扫描电压的周期为、频率 ，而加在YY′上的信号电压的周期与频率为 则有：⑴当 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〔由于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个周期的变化光屏上的图案为从正半周开头的波形，假设将“同步”开关置于“—”则光屏上的图案为从负半周开头的波形。⑵当〔见后面例题〕。

时间屏上必不能形成完整的波形，但在肯定条件下仍可形成稳定的图案三、实例分析例1⑴将示波器面板上“扫描范围”旋钮置于第一档〔10Hz～100Hz〕，将“衰减”旋钮置于“∞”档，再将“扫描微调”旋钮分别调整为 时，光屏上将各消灭什么外形的图案？⑵当只将“扫描范围”旋钮置于“外X”档而其它不变时图案又如何？⑶假设将“衰减”旋钮置于最高档并从“Y输入”、“地”之间输入一恒定直流电压，“扫描范围”旋钮置于第一档〔10Hz～100Hz〕时间屏上的图案又如何？分析：⑴因示波器面板上“扫描范围”旋钮置于第一档〔10Hz～100Hz〕表示水平方向10H～100Hz内调整档表示用机内供给的竖直方向的频率为50Hz描频率调整为50Hz时即 光屏上将只消灭一个完整的正弦或余弦曲线图案如图六甲示；当用“扫描微调”旋钮将扫描频率调整为25Hz时即 ，光屏上将只消灭两个完100Hz时即，光屏上将不形成完整的波形但可以形成稳定的图案如图六丙示，因扫描电压在水平方向完成一个周期的变化时信号电压在竖直方向只完成半个周期而在光屏上形成如图2个周期的扫描而使光斑又从光屏的最左方按竖直方向的后半个周期的规律变化而形成图中的虚线示的图形成图示图案；当用“扫描微调”旋钮将扫描频率调整为200Hz时即 ，光屏上不能形成完整的波形但仍可形成稳定的图案；当“同步”置于“+”位置时，水平方向完成一个周期的扫描时竖直方向只完成个周期的变化故光屏上形成图中的 段，水平方向进展其次个周期的扫描时间屏上形成图中的 段，类推即得到图六丁示图案。⑵当只将“扫描范围”旋钮置于“外X”档而其它不变时说明水平方向没有扫描电压，故光屏上只有一条竖直亮线如图七甲；⑶假设将“衰减”旋钮置于最高档并从“Y电子在竖直方向的偏转距离必为定值〔在光屏中心的上方或下方〕；又“扫描范围”旋钮置于第一档〔10Hz～100Hz〕即说明水平方向使用的机内供给的扫描电压，故在光屏上形成图七乙示的实线或虚线示图形，且只要扫描电压的频率不小于一样。

，屏上观看到的状况均2将示波器的“衰减”置于“∞”档，“同步”开关置于“+”位置，并将“扫描范围”置于“外X”档然后从“X输入”、“地”给水平方向加上以下扫描电压时间屏上将消灭什么图案？① ；② ；③ ；④。的正弦沟通电压；“扫描范围”置于“外X”档并从“X输入”、“地”给水平方向加上。① 的扫描电压时，由前面分析知偏转距离 、即光屏上的图案如图八甲示。

二式相除得到②当水平方向扫描电压为 时，由 得，光屏上的图案如图八乙示。③当水平方向扫描电压为 时，由 得光屏上必形成一个椭圆图案如图八丙示。④当水平方向扫描电压为 时，由于X、Y方向的频率不一样则由得 即 ，故光屏上将形成 的函数图案。3要在示波器荧光屏上观看到图中的沟通电信号，应当如何连接及调整示波器？分析：由上图中的数据知我们要观看的信号电压的周期

，要使光屏上显描电压的频率为 。那么调整步骤如下：间位置，“衰减”调整旋钮置于最高档，“扫描范