巧妙理解示波器的原理

◇　河北　胡曉麗

巧妙理解示波器的原理

◇河北胡曉麗

在教材中對示波器原理的解釋比較簡單,特別是掃描電壓的形式學生理解不透，下面就通過一道習題詳細地解釋一下示波器的原理.

題目如圖1所示,熱電子由陰極飛出時的初速度忽略不計,電子發(fā)射裝置的加速電壓為U0．電容器板長和板間距離均為L=10 cm,下極板接地．電容器右端到熒光屏的距離也是L=10 cm．在電容器兩極板間接一交變電壓,上極板的電勢隨時間變化的圖象如圖2所示(每個電子穿過平行板的時間極短,可以認為電壓是不變的)．求:(1)在t=0.06 s時刻,電子打在熒光屏上的何處? (2)熒光屏上電子打到的區(qū)間有多長? (3)屏上的亮點如何移動?

圖1　　　　　　　　　　圖2

電子在偏轉電場中,盡管電壓在均勻增大,由于每個電子穿過平行板的時間極短,可認為電壓是不變的,電子打在屏上位置是均勻變化的,即光點勻速運動．若偏轉電壓的頻率夠大,因為視覺暫留和熒光物質的殘留特性,我們會看到一條穩(wěn)定的亮線,這就是示波器中的掃描電壓(不考慮電壓峰值過大使電子打到極板上的情況).

圖3

在理解示波器顯示的波形時,學生很容易與用砂擺得到振動圖象的方法相比較,而陷入尋找掃描電壓的困惑,用砂擺得到振動圖象的方法是：給出一垂直振動方向勻速運動的參考系使振動的砂擺在二維空間中描下印跡;而示波器是讓電子參與2種運動在熒光屏留下點跡,大量電子依次留下點跡,由于視覺暫留和熒光物質的殘留特性,使人們看到了信號電壓隨時間變化的圖線．還要注意一個重要的近似:每個電子穿過平行板的時間極短,可以認為電壓是不變的．

(作者單位：河北省承德縣第一中學)