“練習使用示波器”知識目標的實例演練

示波器是一種常用的觀察波形的電子儀器，利用它能直接觀察電訊號隨時間變化的情況，對那些能夠轉化為電壓變化的非電學量的波形如速度、壓力等物理量可以在示波器的熒光屏上進行觀察。2004年開始，教育部考試中心頒布的“普通高等學校招生全國統一考試大綱”理科綜合（物理）把它列入了考試要求。高中階段，“練習使用示波器”是一項技能訓練性的實驗，實驗包括：①認識示波器的面板，了解面板各旋鈕的功能并能進行操作；②觀察熒光屏上的亮斑并進行調節，能調節亮斑的亮度，并上下、左右進行移動；③觀察掃描并進行調節。觀察 Ｘ方向上的掃描，亮斑從左向右移動并返回左端再向右移動，增大掃描頻率使亮斑成為亮線；④觀察亮斑在豎直方向的偏移并進行調節。在Ｙ方向輸入連續可調電壓，觀察亮斑在豎直方向上的變化；⑤觀察按正弦規律變化的電壓圖線。從機內調出正弦波，并觀察其隨同步極性選擇開關位置的變化。示波器由于其結構復雜和理論難理解(尤其是對掃描電壓和掃描電壓頻率的作用的理解)，使相當部分的學生望而生畏。在教學中若能突破以下兩個重點問題，必定能幫助學生較快地掌握這部分知識。

1 示波器的主要結構與原理

豎直和水平偏轉電壓作用的理解是重點，對掃描電壓作用的理解是難點。

示波器的核心部件是示波管，掌握了示波管的結構和原理就能正確地理解與使用示波器。如圖1為示波管構造圖，示波管由電子槍、偏轉電極和熒光屏組成。當偏轉電極XX＇和YY ＇不加電壓時，電子槍發射出的電子打在熒光屏上，會在那里產生一個亮點。若在偏轉電極YY ＇上加電 壓，電子將在豎直方向上發生偏轉，若在XX＇上加電壓，電子將在水平方向上發生偏轉，從而使亮斑的位置發生改變，當所加電壓恒定時，亮斑的位置是固定的。當所加電壓變化時，亮斑的位置是移動的，如果所加電壓變化很快，那么亮斑的位置變化就會很快，于是我們會看到一條亮線。如果所加電壓是周期性變化的，則熒光屏上顯示的亮線也將隨周期發生變化。

2 示波器面板上各個旋鈕的作用與調節方法

這是正確使用的重點，尤其是掃描范圍(微調)旋鈕的作用的理解。

示波器面板上各個旋鈕的名稱與作用如下：

（1）輝度調節旋鈕-調節圖象亮度；

（2）聚焦調節旋鈕；

（3）輔助聚焦調節旋鈕-旋鈕2和3二者配合使用使電子束會聚成一細束，使亮斑更小或圖象線條更清晰；

（4）電源開關；

（5）指示燈-指示電源的通斷；

（6）豎直位移旋鈕；

（7）水平位移旋鈕-旋鈕6和7分別用來調節圖象在豎直方向和水平方向的位置；

（8）Y增益旋鈕；

（9）X增益旋鈕——旋鈕8和9分別用來調節圖象在豎直方向和水平方向的幅度；

（10）衰減調節旋鈕-分為1，10，100，1 000四個擋，“1”擋不衰減，其余各擋分別使加在豎直偏轉電極上的信號電壓衰減為原來的1/10，1/100，1/1 000，使電信號的幅度不致太大。最右端的“∞”擋表示在豎直方向由機內自行提供按正弦規律變化的交流電壓，在熒光屏上顯示正弦波形；

（11）掃描范圍旋鈕——用來改變掃描電壓的頻率范圍，有四個擋，左邊第一擋是10Hz--100Hz，向右旋轉每升高一擋，掃描頻率增大10倍。最右邊是“外X擋”，使用此擋時機內不提供掃描電壓，水平方向的掃描電壓可從外部輸入；

（12）掃描微調旋鈕-對掃描電壓的頻率微調；

（13）“Y輸入”、“X輸入”、“地”——分別是對應方向的信號輸人電壓的接線柱和公共接地的接線柱；

（14）交直流選擇開關-置于“DC”，位置時，所加信號電壓是直接輸入的；置于“AC”位置時，所加信號電壓是通過一個電容器輸入的，可以讓交流信號通過而隔斷直流成分；

（15）同步極性開關-調節圖形是從正半周(置于“十”位置)開始還是從負半周開始(置于“一”位置)。

3 實例演練（2007年全國高考理科綜合實驗題）：

（1）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。①當屏幕上出現如圖1所示的波形時，應調節_____鈕。如果正弦波的正負半周均超出了屏幕的范圍，應調節_____鈕或_____鈕，或這兩個鈕配合使用，以使正弦波的整個波形出現在屏幕內。

②如需要屏幕上正好出現一個完整的正弦波形，應將_____鈕置于_____位置，然后調節_____鈕。

解析①： 根據示波器面板上各個旋鈕的名稱與作用可知小題①的答案應該為：豎直位移或↑↓ 、衰減或衰減調節 、 Y增益

解析②：理解了豎直偏轉電壓和水平偏轉電壓分別對電子束偏移的作用尤其是水平偏轉電壓的作用，就不難理解掃描頻率對圖線波形個數的影響:在用示波器觀察按正弦規律變化的電壓圖線時，若水平方向掃描電壓的頻率fx為加在豎直方向的正弦交變電壓的頻率fy的1／n(n為整數)，則在掃描電壓使電子束沿水平方向自左向右完成一次掃描的過程中，豎直偏轉電壓使電子束在豎直方向完成n次全振動，故熒光屏上將顯示出n個完整的正弦波形圖線；若fx≠fy／n，則將觀察不到完整的正弦波形圖線。 因此，小題②的答案應該為：掃描范圍、1k擋位、掃描微調。

在“練習使用示波器”的實驗教學中，若學生不理解示波器的原理，沒有進行過實際操作，很難順利完成試題所要求的調節；若真正理解了示波器的原理(尤其是水平和豎直偏轉電壓對電子束偏移的作用)，掌握了面板上各個旋鈕的作用(尤其是衰減旋鈕中的“外X”擋、掃描范圍（微調旋鈕）以及各旋鈕沿順時針方向轉動時對應功能加強的特點，弄懂了掃描頻率對波形個數影響的原因，則涉及示波器的問題就都能迎刃而解。

(欄目編輯王柏廬)