“練習(xí)使用示波器”知識(shí)目標(biāo)的實(shí)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(hào)隨時(shí)間變化的情況，對(duì)那些能夠轉(zhuǎn)化為電壓變化的非電學(xué)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(jìn)行觀察。2004年開始，教育部考試中心頒布的“普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)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(xí)使用示波器”是一項(xiàng)技能訓(xùn)練性的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)包括：①認(rèn)識(shí)示波器的面板，了解面板各旋鈕的功能并能進(jìn)行操作；②觀察熒光屏上的亮斑并進(jìn)行調(diào)節(jié)，能調(diào)節(jié)亮斑的亮度，并上下、左右進(jìn)行移動(dòng)；③觀察掃描并進(jìn)行調(diào)節(jié)。觀察 Ｘ方向上的掃描，亮斑從左向右移動(dòng)并返回左端再向右移動(dòng)，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(jìn)行調(diào)節(jié)。在Ｙ方向輸入連續(xù)可調(diào)電壓，觀察亮斑在豎直方向上的變化；⑤觀察按正弦規(guī)律變化的電壓圖線。從機(jī)內(nèi)調(diào)出正弦波，并觀察其隨同步極性選擇開關(guān)位置的變化。示波器由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜和理論難理解(尤其是對(duì)掃描電壓和掃描電壓頻率的作用的理解)，使相當(dāng)部分的學(xué)生望而生畏。在教學(xué)中若能突破以下兩個(gè)重點(diǎn)問題，必定能幫助學(xué)生較快地掌握這部分知識(shí)。

1 示波器的主要結(jié)構(gòu)與原理

豎直和水平偏轉(zhuǎn)電壓作用的理解是重點(diǎn)，對(duì)掃描電壓作用的理解是難點(diǎn)。

示波器的核心部件是示波管，掌握了示波管的結(jié)構(gòu)和原理就能正確地理解與使用示波器。如圖1為示波管構(gòu)造圖，示波管由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成。當(dāng)偏轉(zhuǎn)電極XX＇和YY ＇不加電壓時(shí)，電子槍發(fā)射出的電子打在熒光屏上，會(huì)在那里產(chǎn)生一個(gè)亮點(diǎn)。若在偏轉(zhuǎn)電極YY ＇上加電 壓，電子將在豎直方向上發(fā)生偏轉(zhuǎn)，若在XX＇上加電壓，電子將在水平方向上發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而使亮斑的位置發(fā)生改變，當(dāng)所加電壓恒定時(shí)，亮斑的位置是固定的。當(dāng)所加電壓變化時(shí)，亮斑的位置是移動(dòng)的，如果所加電壓變化很快，那么亮斑的位置變化就會(huì)很快，于是我們會(huì)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(fā)生變化。

2 示波器面板上各個(gè)旋鈕的作用與調(diào)節(jié)方法

這是正確使用的重點(diǎn)，尤其是掃描范圍(微調(diào))旋鈕的作用的理解。

示波器面板上各個(gè)旋鈕的名稱與作用如下：

（1）輝度調(diào)節(jié)旋鈕-調(diào)節(jié)圖象亮度；

（2）聚焦調(diào)節(jié)旋鈕；

（3）輔助聚焦調(diào)節(jié)旋鈕-旋鈕2和3二者配合使用使電子束會(huì)聚成一細(xì)束，使亮斑更小或圖象線條更清晰；

（4）電源開關(guān)；

（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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)圖象在豎直方向和水平方向的幅度；

（10）衰減調(diào)節(jié)旋鈕-分為1，10，100，1 000四個(gè)擋，“1”擋不衰減，其余各擋分別使加在豎直偏轉(zhuǎn)電極上的信號(hào)電壓衰減為原來的1/10，1/100，1/1 000，使電信號(hào)的幅度不致太大。最右端的“∞”擋表示在豎直方向由機(jī)內(nèi)自行提供按正弦規(guī)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(gè)擋，左邊第一擋是10Hz--100Hz，向右旋轉(zhuǎn)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(shí)機(jī)內(nèi)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(diào)旋鈕-對(duì)掃描電壓的頻率微調(diào)；

（13）“Y輸入”、“X輸入”、“地”——分別是對(duì)應(yīng)方向的信號(hào)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(guān)-置于“DC”，位置時(shí)，所加信號(hào)電壓是直接輸入的；置于“AC”位置時(shí)，所加信號(hào)電壓是通過一個(gè)電容器輸入的，可以讓交流信號(hào)通過而隔斷直流成分；

（15）同步極性開關(guān)-調(diào)節(jié)圖形是從正半周(置于“十”位置)開始還是從負(fù)半周開始(置于“一”位置)。

3 實(shí)例演練（2007年全國高考理科綜合實(shí)驗(yàn)題）：

（1）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。①當(dāng)屏幕上出現(xiàn)如圖1所示的波形時(shí)，應(yīng)調(diào)節(jié)_____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)_____鈕或_____鈕，或這兩個(gè)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_____鈕置于_____位置，然后調(diào)節(jié)_____鈕。

解析①： 根據(jù)示波器面板上各個(gè)旋鈕的名稱與作用可知小題①的答案應(yīng)該為：豎直位移或↑↓ 、衰減或衰減調(diào)節(jié) 、 Y增益

解析②：理解了豎直偏轉(zhuǎn)電壓和水平偏轉(zhuǎn)電壓分別對(duì)電子束偏移的作用尤其是水平偏轉(zhuǎn)電壓的作用，就不難理解掃描頻率對(duì)圖線波形個(gè)數(shù)的影響:在用示波器觀察按正弦規(guī)律變化的電壓圖線時(shí)，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(shù))，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(zhuǎn)電壓使電子束在豎直方向完成n次全振動(dòng)，故熒光屏上將顯示出n個(gè)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(yīng)該為：掃描范圍、1k擋位、掃描微調(diào)。

在“練習(xí)使用示波器”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，若學(xué)生不理解示波器的原理，沒有進(jìn)行過實(shí)際操作，很難順利完成試題所要求的調(diào)節(jié)；若真正理解了示波器的原理(尤其是水平和豎直偏轉(zhuǎn)電壓對(duì)電子束偏移的作用)，掌握了面板上各個(gè)旋鈕的作用(尤其是衰減旋鈕中的“外X”擋、掃描范圍（微調(diào)旋鈕）以及各旋鈕沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)應(yīng)功能加強(qiáng)的特點(diǎn)，弄懂了掃描頻率對(duì)波形個(gè)數(shù)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)