家用電器的物理原理

中學生經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，內部抽成真空，尾部有7個管腳連接相應的電路，結構如圖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，轟擊熒光屏內表面的熒光粉，產生一亮點。1和5腳為控制極，控制著陰極電子的發射數目，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，分別為水平偏轉線圈和垂直偏轉線圈，其中通入鋸齒波形電流，在管頸內部產生偏轉磁場，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，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造和原理大致相同。主要區別是：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，熒光屏內壁上按一定規律涂敷著許多能發出紅、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，通常稱它們為“三色體”，每個三色體構成一個像素，屏幕上有幾十萬個像素。由紅、綠、藍三個電子槍發出的三束電子，分別轟擊相應的三基色熒光粉點，使它們發出紅、綠、藍三種基色光。根據空間混色原理，在一定的距離外觀看三色體發出的光。便看到一個具有一定亮度的由相應的三基色光混合后產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成了一幅彩色圖像。

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2 錄音機和復讀機

錄音機是利用電磁感應原理工作的。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放大電路放大了的音頻電流，產生隨聲音變化的磁場，磁帶上的磁粉被磁化，將聲音信號轉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生感應電流，感應電流的變化根記錄下的磁信號相同，所以線圈中產生的是音頻電流。這個電流經放大電路放大后，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。復讀系統存儲和取出信息時，要對信息進行數模互換，即存儲信息時將語言模擬信號轉化并壓縮成數字信號儲存在存儲器中，取出信息時，先把數字信號解壓縮并轉化成模擬信號在播放出來。復讀系統對存儲的數據有一定的時間限制，一般為幾百秒，存儲的數據超過這個時間，系統就會自動消減一部分信息。

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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化為數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，激光束經光盤反射后，被光敏二極管接收，產生微弱的電流，將光信息轉化為電信息，經過各種電路處理后輸出音頻信號和視頻信號。

DVD是在VCD的基礎上發展而成的，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對信號進行數模轉化和壓縮時，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標準。

4 微波爐和電磁灶

微波爐的心臟是磁控管即微波發生器。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。微波在波導管內經過多次反射后，照射到爐膛內食物上，食物內含有大量的水分子，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，水分子就發生共振，分子動能迅速增加，食物的內能增大，溫度升高。

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

(欄目編輯王柏廬)