2017-2018學(xué)年高中物理 第二章 交變電流 3 示波器的使用學(xué)案 教科版選修3-2.doc

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3 示波器的使用 [目標(biāo)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(cè)量電學(xué)中的一些物理量；能解決簡(jiǎn)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(chǎng)加速后，進(jìn)入豎直、水平的兩對(duì)偏轉(zhuǎn)電極，當(dāng)兩對(duì)電極都沒有加電壓時(shí)，電子束將沿直線運(yùn)動(dòng)打在熒光屏，在屏上出現(xiàn)亮點(diǎn)，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(diǎn). 二、認(rèn)識(shí)示波器面板上的旋鈕 如圖2所示，試寫出編號(hào)對(duì)應(yīng)的旋鈕名稱及作用. 圖2 1.電源開關(guān). 2.電源指示燈：開啟電源開關(guān)，進(jìn)行預(yù)熱，這時(shí)指示燈亮. 3.輝度調(diào)節(jié)旋鈕：用來(lái)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(huì)聚成一個(gè)小亮斑. 這兩個(gè)旋鈕可以分別調(diào)節(jié)圖像的豎直和水平位置. 這兩個(gè)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(hào)表示機(jī)內(nèi)提供正弦交流信號(hào). 11.掃描范圍旋鈕：用來(lái)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(hào)輸入端：包括“Y輸入”“X輸入”和“地”三個(gè)接線柱，其中“地”是公共端. 14.交直流選擇開關(guān)：“DC”代表直流，“AC”代表交流. 15.同步極性選擇開關(guān). 三、練習(xí)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(dòng) 把“交直流開關(guān)”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(dòng)距離適中為止. (2)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的滑片，改變輸入電壓，觀察亮斑移動(dòng)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(dòng)“同步極性選擇開關(guān)”，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(shí)針轉(zhuǎn)到處，觀察該過(guò) 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(shí)針轉(zhuǎn)到底，可以觀察到亮斑從左向右移動(dòng)，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(dòng)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(jī)內(nèi)的正弦信號(hào)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(zhǎng)度改變. (4)扳動(dòng)“同步極性選擇開關(guān)”，熒光屏上的正弦曲線平移了半個(gè)周期. 四、注意事項(xiàng) 1.在開啟示波器前，應(yīng)進(jìn)行的操作是： (1)輝度調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)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(guān)機(jī)前必須進(jìn)行的操作是，將輝度調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底，再斷開電源開關(guān). 深度思考 (1)打開電源開關(guān)后，為什么要預(yù)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(yù)熱，才有電子發(fā)射出來(lái).(2)以免開機(jī)時(shí)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(yīng)調(diào)節(jié)________旋鈕. (2)若要屏上波形線條變細(xì)且邊緣清晰，應(yīng)調(diào)節(jié)______旋鈕. (3)若要將波形曲線調(diào)至屏中央，應(yīng)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(xí)使用示波器”的實(shí)驗(yàn)中： (1)為觀察亮斑在豎直方向上的偏移，應(yīng)該將掃描范圍旋鈕置于“外X”擋，使亮斑位于屏的________，然后，應(yīng)把“DC”－“AC”開關(guān)置于________位置，以給示波器輸入一個(gè)直流電壓. (2)為給示波器輸入一個(gè)Y方向的直流電壓(要求電壓從零開始逐漸增加)，請(qǐng)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(dòng)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(shí)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(shí)屏上應(yīng)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(yīng)把“DC”－“AC”開關(guān)置于“DC”位置，以給示波器輸入一個(gè)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(shì)要比接“地”端電勢(shì)高.當(dāng)圖形自左向右移動(dòng)，若速度更快，便可成為一條亮線，故應(yīng)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(shí)，在光屏上出現(xiàn)的是豎直方向上的一個(gè)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(xí)使用示波器)欲使屏上出現(xiàn)一條豎直亮線，應(yīng)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(dāng)掃描范圍旋鈕置于“外X”擋時(shí)，不使用機(jī)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(shí)機(jī)內(nèi)提供正弦交流信號(hào)(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(xí)使用示波器)示波器面板如圖7所示，其中甲圖為一信號(hào)源. 圖7 (1)若要觀測(cè)此信號(hào)源發(fā)出的正弦交流信號(hào)的波形(正弦交流信號(hào)的電流i隨時(shí)間t做周期性變化的圖像如圖乙所示)，應(yīng)將信號(hào)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(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3個(gè)完整的波形，應(yīng)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(hào)，應(yīng)把信號(hào)源接“Y輸入”和“地”接線柱，通過(guò)調(diào)節(jié)豎直位移旋鈕(↓↑)可將波形上移，通過(guò)調(diào)節(jié)X增益旋鈕可使波形橫向展寬.通過(guò)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(xí)使用示波器 1.(多選)關(guān)于示波器上交直流選擇開關(guān)“DC”和“AC”，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.輸入直流信號(hào)，置于“DC”或“AC”均有信號(hào)進(jìn)入示波器 B.輸入交流信號(hào)，置于“DC”或“AC”均有信號(hào)進(jìn)入示波器 C.輸入直流信號(hào)，置于“DC”有信號(hào)進(jìn)入示波器 D.輸入交流信號(hào)，置于“AC”有信號(hào)進(jìn)入示波器 答案　CD 2.在“練習(xí)使用示波器”的實(shí)驗(yàn)中，關(guān)于豎直位移旋鈕和Y增益調(diào)節(jié)旋鈕的作用，下列說(shuō)法正確的是(　　) A.豎直位移旋鈕用來(lái)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(lái)調(diào)節(jié)圖像在豎直方向的幅度 B.豎直位移旋鈕用來(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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(hào)位于屏幕中央.Y增益調(diào)節(jié)旋鈕則用來(lái)調(diào)節(jié)圖像在豎直方向的幅度.故A正確，B、C、D錯(cuò)誤. 3.在“練習(xí)使用示波器”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)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(hào)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(xí)使用示波器”實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)欲按要求先在熒光屏上調(diào)出亮斑，為此，他進(jìn)行了如下操作：首先經(jīng)輝度調(diào)節(jié)旋鈕逆時(shí)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(guān)(指示燈亮)，過(guò)2 min后，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)輝度調(diào)節(jié)旋鈕，結(jié)果屏上始終無(wú)亮斑出現(xiàn)(示波器完好).那么，他應(yīng)再調(diào)節(jié)下列哪個(gè)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(yīng)在屏的中央，若不在中央(或沒有亮斑)應(yīng)調(diào)節(jié)豎直位移旋鈕和水平位移旋鈕. 5.某學(xué)生在做“練習(xí)使用示波器”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(dāng)示波器熒光屏上出現(xiàn)兩個(gè)完整的正弦波形時(shí)，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(dāng)把衰減旋鈕調(diào)到“”擋時(shí)，是由機(jī)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(dāng)掃描頻率也等于50 Hz時(shí)，熒光屏上應(yīng)出現(xiàn)1個(gè)完整的正弦波形，現(xiàn)在熒光屏上出現(xiàn)兩個(gè)完整的正弦波形，掃描頻率應(yīng)是交流信號(hào)電壓變化頻率的一半，所以掃描頻率應(yīng)是25 Hz. 6.示波器使用結(jié)束時(shí)應(yīng)注意及時(shí)關(guān)機(jī)，關(guān)機(jī)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(shí)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(shí)針轉(zhuǎn)到底 C.先將“輝度調(diào)節(jié)”旋鈕逆時(shí)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(shí)針轉(zhuǎn)到底，再斷開電源開關(guān) 答案　C 題組二　顯示外加信號(hào)的波形 7.用示波器觀察交流信號(hào)時(shí)，在顯示屏上顯示出一個(gè)完整的波形(如圖1所示)，經(jīng)下列四組操作之一，使該信號(hào)顯示出兩個(gè)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(hào)電壓的頻率不變，所以在掃描的一個(gè)周期內(nèi)顯示的完整波形個(gè)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(shí)，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(qiáng)，應(yīng)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(guān) 答案　ADEFGK 9.用示波器觀察頻率為900 Hz的正弦電壓信號(hào).把該信號(hào)接入示波器Y輸入. 圖3 (1)當(dāng)屏幕上出現(xiàn)如圖3所示的波形時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)________旋鈕.如果正弦波的正負(fù)半周均超出了屏幕的范圍，應(yīng)調(diào)節(jié)________或______旋鈕，或這兩個(gè)旋鈕配合使用，以使正弦波的整個(gè)波形出現(xiàn)在屏幕內(nèi). (2)如需要屏幕上正好出現(xiàn)一個(gè)完整的正弦波形，應(yīng)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(yīng)該調(diào)節(jié)“豎直位移”或“↑↓”旋鈕使其向下移動(dòng)至屏幕中心；如果正弦波形的正、負(fù)半周均超出屏幕的范圍，說(shuō)明波形在豎直方向上的最大距離(波幅)過(guò)大，應(yīng)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(gè)波形縮小. (2)如果需要屏幕上出現(xiàn)一個(gè)完整的正弦波形，則應(yīng)使橫向掃描頻率等于900 Hz的正弦電壓的頻率.首先應(yīng)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(dá)到900 Hz即可形成穩(wěn)定的波形.