家用電器的物理原理

中學生經(jīng)常接觸和使用各種各樣的家用電器，我們在教學中如果多介紹這些家電的物理原理，就會激發(fā)學生的學習物理的興趣，開拓學生的知識面。

1 電視顯像管的物理原理

1.1 黑白顯像管

黑白顯像管的形狀像一個大漏斗，用玻璃制成，內(nèi)部抽成真空，尾部有7個管腳連接相應(yīng)的電路，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3、4腳為燈絲加12V的電壓，對2腳陰極加熱，使其溫度升高，便于電子發(fā)射。6腳為第一陽極加100V電壓，高壓嘴處加10KV高壓，為第二陽極，這兩極的高壓對陰極表面逸出來的電子加速，使其獲得足夠的動能，轟擊熒光屏內(nèi)表面的熒光粉，產(chǎn)生一亮點。1和5腳為控制極，控制著陰極電子的發(fā)射數(shù)目，從而控制著顯像管的亮度。7腳為聚焦極，利用靜電透鏡的會聚原理讓電子束變得極細，以上部分統(tǒng)稱電子槍。

在顯像管管頸的外部裝有兩組線圈，分別為水平偏轉(zhuǎn)線圈和垂直偏轉(zhuǎn)線圈，其中通入鋸齒波形電流，在管頸內(nèi)部產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)磁場，電子束在洛侖茲力的作用下就會在水平方向和豎直方向同時偏轉(zhuǎn)，打在熒光屏上的亮點顯示為光柵。

1.2 彩色顯像管

彩色顯像管與黑白顯像管的構(gòu)造和原理大致相同。主要區(qū)別是：彩色顯像管的加速電壓在20KV以上，它的電子槍由紅、綠、藍三個槍組成，熒光屏內(nèi)壁上按一定規(guī)律涂敷著許多能發(fā)出紅、綠、藍三種基色的熒光粉點，這些熒光粉點按紅、綠、藍三點為一組合，通常稱它們?yōu)椤叭w”，每個三色體構(gòu)成一個像素，屏幕上有幾十萬個像素。由紅、綠、藍三個電子槍發(fā)出的三束電子，分別轟擊相應(yīng)的三基色熒光粉點，使它們發(fā)出紅、綠、藍三種基色光。根據(jù)空間混色原理，在一定的距離外觀看三色體發(fā)出的光。便看到一個具有一定亮度的由相應(yīng)的三基色光混合后產(chǎn)生的具有某種顏色的像素。屏幕上的幾十萬個不同顏色的像素構(gòu)成了一幅彩色圖像。



2 錄音機和復讀機

錄音機是利用電磁感應(yīng)原理工作的。其錄放磁頭是一種電磁鐵，磁帶上涂有磁粉，錄音時，磁帶緊貼磁頭勻速通過，磁頭線圈中通入由話筒送來的經(jīng)放大電路放大了的音頻電流，產(chǎn)生隨聲音變化的磁場，磁帶上的磁粉被磁化，將聲音信號轉(zhuǎn)化為磁信號記錄在磁帶上。放音時，磁帶緊貼磁頭通過，磁帶上變化的磁場在磁頭線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的變化根記錄下的磁信號相同，所以線圈中產(chǎn)生的是音頻電流。這個電流經(jīng)放大電路放大后，送到揚聲器，揚聲器把音頻電流還原成聲音。

復讀機是在錄音機的基礎(chǔ)上，添加了復讀功能，復讀也就是重播。在正常播放時，其復讀系統(tǒng)會不斷地把磁帶上的信息存儲在存儲器中，當進入復讀狀態(tài)后，機器會把存儲下來的信息播放出來，達到不倒推磁帶就重放的效果。復讀系統(tǒng)存儲和取出信息時，要對信息進行數(shù)模互換，即存儲信息時將語言模擬信號轉(zhuǎn)化并壓縮成數(shù)字信號儲存在存儲器中，取出信息時，先把數(shù)字信號解壓縮并轉(zhuǎn)化成模擬信號在播放出來。復讀系統(tǒng)對存儲的數(shù)據(jù)有一定的時間限制，一般為幾百秒，存儲的數(shù)據(jù)超過這個時間，系統(tǒng)就會自動消減一部分信息。



3 VCD和DVD影碟機 

VCD使用光盤記錄信息。刻錄光盤時，被聲音信息和圖像信息調(diào)制過的較強的脈沖激光束對光盤進行掃描，光盤被刻出一連串的凹坑和凸點，由內(nèi)到外形成一條螺線軌跡，軌跡寬度為0.5微米，軌跡間距離為1.6微米，這是極其精細的，人的一根頭發(fā)絲相當于光盤上的30多條軌跡。因為光盤上的軌跡尺寸與可見光的波長相當，軌跡間反射的光束是理想的相干光束，所以光盤表面看上去呈彩色花紋。這樣就將聲音和圖像信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號儲存在光盤上（如果凹坑代表0，則凸點代表1）。VCD播放時激光頭射出一束紅色激光，沿螺旋線軌跡掃描光盤，激光束經(jīng)光盤反射后，被光敏二極管接收，產(chǎn)生微弱的電流，將光信息轉(zhuǎn)化為電信息，經(jīng)過各種電路處理后輸出音頻信號和視頻信號。

DVD是在VCD的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，它兼容VCD和超級VCD ，但比VCD容量更大影音效果更佳。DVD和VCD對信號處理的方式不同，VCD對信號進行數(shù)模轉(zhuǎn)化和壓縮時，使用MPEG-1壓縮標準，DVD使用MPEG-2壓縮標準。MPEG是國際運動圖像專家組的縮寫，MPEG-1、MPEG-2都是這個專家小組制定的視頻壓縮的技術(shù)標準。

4 微波爐和電磁灶

微波爐的心臟是磁控管即微波發(fā)生器。它是由燈絲、陰極、陽極、磁鐵等部件組成的。燈絲對陰極加熱，陽極高壓對陰極溢出的電子加速，電子進入磁場區(qū)時在洛侖茲力的作用下做螺旋運動，同時輻射出頻率為2450MHZ的電磁波即微波。微波在波導管內(nèi)經(jīng)過多次反射后，照射到爐膛內(nèi)食物上，食物內(nèi)含有大量的水分子，水分子在電場的作用下被極化，極化水分子隨著振蕩電場的變化而快速的振蕩起來，又因為微波的頻率和水分子的固有頻率相同，水分子就發(fā)生共振，分子動能迅速增加，食物的內(nèi)能增大，溫度升高。

電磁灶也是利用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，主要原理是在一個加熱線圈中通一高頻電流，使其周圍產(chǎn)生高頻交變磁場，鐵質(zhì)金屬鍋放進該磁場內(nèi)，鍋體中就產(chǎn)生較強的渦流，由于電流的熱效應(yīng)鍋體溫度會迅速升高。

(欄目編輯王柏廬)