2019-2020年高中物理第二章交變電流第3節(jié)示波器的使用教學案教科版選修3-2.doc

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2019-2020年高中物理第二章交變電流第3節(jié)示波器的使用教學案教科版選修3-2 一、實驗目的 1．了解示波器的工作原理。 2．熟悉各開關(guān)旋鈕的作用，練習使用示波器。 二、實驗原理 示波器是一種能把隨時間變化的電信號用圖像顯示出來的電子儀器。凡能轉(zhuǎn)換成電壓的其他電學量(如電流、電阻等)和非電學量(如溫度、壓力、聲波等)，都可以用示波器來觀察和測量。 三、實驗器材 示波器1臺，低壓電源1臺，變阻器1只，開關(guān)一個，導線若干，學生信號源。 四、實驗步驟 1．認識示波器的面板，熟悉各部分名稱和作用。 2．開機前的準備 把示波器面板上各旋鈕調(diào)節(jié)到下面指定位置： (1)輝度調(diào)節(jié)旋鈕()反時針方向旋到底； (2)豎直位移旋鈕(↑↓)旋至中間位置； (3)水平位移旋鈕()旋至中間位置； (4)衰減調(diào)節(jié)旋鈕旋到“1 000”的位置； (5)掃描范圍旋鈕旋到“外X”位置； (6)Y增益調(diào)節(jié)旋鈕反時針方向旋到底； (7)X增益調(diào)節(jié)旋鈕反時針方向旋到底。 3．觀察熒光屏上的亮斑并進行調(diào)節(jié) (1)把示波器的電源插頭插入適合的電源，把電源開關(guān)扳向“開”的位置，可見指示燈亮起，預熱1～2分鐘。 (2)順時針方向旋轉(zhuǎn)輝度調(diào)節(jié)旋鈕，使屏上亮斑亮度適中。 (3)調(diào)節(jié)豎直位移、水平位移旋鈕使亮斑在屏的中間。 (4)旋轉(zhuǎn)聚焦調(diào)節(jié)旋鈕“⊙”和輔助聚焦調(diào)節(jié)旋鈕“”，使亮斑最圓最小。 (5)旋轉(zhuǎn)豎直位移旋鈕，觀察亮斑如何移動。 (6)旋轉(zhuǎn)水平位移旋鈕，觀察亮斑如何移動。 4．觀察掃描并進行調(diào)節(jié) (1)把X增益調(diào)節(jié)旋鈕順時針轉(zhuǎn)到1/3處，掃描微調(diào)旋鈕逆時針轉(zhuǎn)到底，掃描范圍旋鈕置于最低擋，觀察掃描的情形。 (2)順時針旋轉(zhuǎn)掃描微調(diào)旋鈕，可看到亮斑移動加快，直至為一條亮線。 (3)調(diào)節(jié)X增益調(diào)節(jié)旋鈕，可以看到亮線長度的改變。 5．觀察亮斑在豎直方向的偏移并進行調(diào)節(jié) (1)將掃描范圍旋鈕置于“外X”擋，交流直流選擇開關(guān)撥到“DC”位置。 (2)按圖231所示連接電路。 圖231 (3)將滑動變阻器的滑片P滑至適當位置后閉合開關(guān)，把衰減調(diào)節(jié)旋鈕逆時針依次轉(zhuǎn)到100、10和1擋，觀察亮斑向上偏移的情況。 (4)調(diào)節(jié)Y增益調(diào)節(jié)旋鈕，使亮斑偏移一段適當?shù)木嚯x，再調(diào)節(jié)滑動變阻器，觀察亮斑偏移的距離隨輸入電壓變化的情況。 (5)調(diào)換電池的正、負極，可以看到亮斑改為向下偏移。 6．觀察按正弦規(guī)律變化的電壓的圖線 (1)把掃描范圍旋鈕置于第一擋(10～100 Hz)。 (2)把衰減調(diào)節(jié)旋鈕置于“”擋，即由示波器本身機內(nèi)提供豎直方向的按正弦規(guī)律變化的電壓。 (3)反復調(diào)節(jié)掃描微調(diào)旋鈕，使屏上出現(xiàn)完整而穩(wěn)定的正弦曲線。 (4)調(diào)節(jié)Y增益調(diào)節(jié)旋鈕時，觀察到曲線的形狀沿豎直方向變化；而調(diào)節(jié)X增益調(diào)節(jié)旋鈕時，觀察到曲線的形狀沿水平方向變化。 (5)當把同步極性選擇開關(guān)置于“＋”位置時，正弦曲線從正半周開始，把此時觀察到的曲線形狀畫在圓框內(nèi)；當把同步極性選擇開關(guān)置于“－”位置時，曲線從負半周開始，把此時觀察到的曲線形狀畫在圓框內(nèi)。 也可以用Y衰減的其他擋位進行測量，把有關(guān)數(shù)據(jù)填入記錄表格中，并比較用哪一擋位較為準確。 7．關(guān)機 實驗完畢，關(guān)機前要先把輝度調(diào)節(jié)旋鈕逆時針方向旋到底，然后再切斷電源。 五、注意事項 1．開機前及實驗完畢關(guān)機前，先要把輝度調(diào)節(jié)旋鈕反時針轉(zhuǎn)到底。(處于亮度最低狀態(tài)) 2．使用過程中，不應使光斑過亮，特別是當亮斑長時間停留在屏上不動時，應將亮度減弱，以免損傷熒光屏，縮短示波管的壽命。 3．由示波器Y輸入的電壓不可過大，否則會損壞機內(nèi)的分壓電阻和電子管，在最大衰減倍率(1 000)時也不得超過直流400 V。 4．盡量避免頻繁開機、關(guān)機，否則將縮短示波器電子管陰極的壽命。短時間不用時，不必關(guān)機，只需將輝度調(diào)節(jié)旋鈕旋至熒光屏上無亮線。 5．如果顯示的波形受外界干擾，可將機殼用導線接地。 6．當“Y輸入”接線柱上接出的導線懸空時，它和“地”間電阻極大，環(huán)境空間中雜散的電磁場將在導線中感應較大的電壓，使屏上出現(xiàn)干擾波形，衰減倍率越小，干擾信號顯示的幅度越大。若用手摸這條導線會更嚴重，使用中應盡量避免這種情況。 [例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(xiàn)如圖232所示的波形時，應調(diào)節(jié)______________旋鈕。如果正弦波的正、負半周均超出了屏幕的范圍，應調(diào)節(jié)______________旋鈕或________旋鈕，或這兩個旋鈕配合使用，以使正弦波的整個波形出現(xiàn)在屏幕內(nèi)。 圖232 (2)如需要屏幕上正好出現(xiàn)一個完整的正弦波形，應將____________旋鈕置于__________位置，然后調(diào)節(jié)____________旋鈕。 [解析]　(1)屏幕上的波形位置偏上，應調(diào)節(jié)豎直位移旋鈕使其適當向下移動；若正負半周均超出了屏幕的范圍，說明在豎直方向的幅度太大，應使其在豎直方向的幅度減小，故應調(diào)節(jié)Y增益調(diào)節(jié)旋鈕或衰減調(diào)節(jié)旋鈕。 (2)所觀察信號電壓頻率為900 Hz，故應先將掃描范圍旋鈕置于1 000擋，然后調(diào)節(jié)掃描微調(diào)旋鈕使掃描電壓的頻率為900 Hz。 [答案]　(1)豎直位移或↑↓　衰減或衰減調(diào)節(jié)　Y增益　(2)掃描范圍　1 000擋　掃描微調(diào) [例2]　圖233(a)為示波管的原理圖。如果在電極YY′之間所加的電壓按圖(b)所示的規(guī)律變化，在電極XX′之間所加的電壓按圖(c)所示的規(guī)律變化，則在熒光屏上會看到的圖形是(　　) 圖233 [解析]　電子在YY′和XX′間沿電場方向均做初速度為零的勻加速直線運動，由位移公式x＝at2＝t2，知水平位移和豎直位移均與電壓成正比。在t＝0時刻，UY＝0知豎直位移為0，故A、C錯誤。在t＝時刻，UY最大知位移方向向上且最大，故B正確，D錯誤。 [答案]　B 1．示波器使用結(jié)束時應注意及時關(guān)機，關(guān)機的下列操作順序正確的是(　　) A．先斷開電源開關(guān)，再將“輝度調(diào)節(jié)”旋鈕逆時針轉(zhuǎn)到底 B．先斷開電源開關(guān)，再將“輝度調(diào)節(jié)”旋鈕順時針轉(zhuǎn)到底 C．先將“輝度調(diào)節(jié)”旋鈕逆時針轉(zhuǎn)到底，再斷開電源開關(guān) D．先將“輝度調(diào)節(jié)”旋鈕順時針轉(zhuǎn)到底，再斷開電源開關(guān) 解析：選C　輝度調(diào)節(jié)旋鈕逆時針旋轉(zhuǎn)時可使屏幕亮度降低，保護屏幕。所以關(guān)機時應先將輝度調(diào)節(jié)旋鈕逆時針轉(zhuǎn)到底，再斷開電源開關(guān)。選項C正確。 2．(多選)示波管是示波器的核心部件，它由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，如圖234所示。如果在熒光屏上P點出現(xiàn)亮斑，那么示波管中的(　　) 圖234 A．極板X應帶正電　　　　 　B．極板X′應帶正電 C．極板Y應帶正電 D．極板Y′應帶正電 解析：選AC　根據(jù)亮斑的位置，電子偏向XY區(qū)間，說明電子受到電場力作用發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，因此極板X、極板Y均應帶正電。故A、C對。 3．如果僅在示波器的偏轉(zhuǎn)電極XX′上加掃描電壓，使亮斑在水平方向這樣運動：亮斑從一側(cè)勻速地運動到另一側(cè)，然后迅速返回原處，再勻速地移向另一側(cè)，如此反復繼續(xù)，則此掃描電壓隨時間變化的規(guī)律是(　　) 解析：選A　根據(jù)不同時刻進入XX′偏轉(zhuǎn)電極間電子所受電場力不同，其偏轉(zhuǎn)情況不同，到達熒光屏上位置不同。因為光斑運動具有周期性，故C不可能，D光斑在兩側(cè)之間往復勻速運動，而B中電壓均為正值，光斑只能在X軸一側(cè)移動，故A正確。 4．某學生用示波器觀察按正弦規(guī)律變化的電壓圖像時，將掃描范圍旋鈕置于第一擋(10～100 Hz)，把衰減調(diào)節(jié)旋鈕置于“”擋，把同步極性選擇開關(guān)置于“＋”位置，調(diào)節(jié)掃描微調(diào)旋鈕，在屏上出現(xiàn)了如圖235甲所示的正弦曲線。后來他又進行了兩步調(diào)節(jié)，使圖像變成如圖乙所示的曲線，這兩步調(diào)節(jié)可能是(　　) 圖235 A．將衰減調(diào)節(jié)旋鈕換擋并調(diào)節(jié)標有“↓↑”的豎直位移旋鈕 B．將衰減調(diào)節(jié)旋鈕換擋并調(diào)節(jié)Y增益調(diào)節(jié)旋鈕 C．調(diào)節(jié)掃描范圍旋鈕和調(diào)節(jié)Y增益調(diào)節(jié)旋鈕 D．將同步極性選擇開關(guān)置于“－”位置并調(diào)節(jié)Y增益調(diào)節(jié)旋鈕 解析：選D　根據(jù)甲、乙兩圖的對比，由于波形分別從正半周和負半周開始(或波形恰好相反)，故一定調(diào)整了同步極性開關(guān)。由于圖像中心未變，水平方向幅度未變，但是Y方向的幅度變大了，故一定調(diào)整了Y增益調(diào)節(jié)旋鈕，而沒有調(diào)整豎直位移旋鈕和掃描微調(diào)旋鈕，選項D正確。 5.通過聚焦使亮斑達到最圓最小之后，把一電壓信號輸入給示波器，如圖236所示。把掃描范圍旋鈕旋到“外X”擋，把“DC、AC”開關(guān)置于“DC”一邊，調(diào)節(jié)Y增益調(diào)節(jié)旋鈕到某一位置。當滑片P向左滑動時，可以看到亮斑向上偏移__________(選填“變大”或“變小”)；當滑片從原位置向右滑動時，可以看到亮斑__________偏移變小(選填“向上”或“向下”)。 圖236 解析：P向左滑動，Y輸入的電壓變大，所以亮斑向上偏移變大；P向右滑動，亮斑向上偏移變小。 答案：變大　向上 6．如圖237甲所示為示波器面板，圖乙所示為一信號源。 圖237 (1)若要觀測此信號源發(fā)出的正弦交流信號的波形，應將信號源的a端與示波器面板上的________接線柱相連，b端與________接線柱相連。 (2)若示波器所顯示的輸入波形如圖丙所示，要將波形上移，應調(diào)節(jié)面板上的________旋鈕；要使此波形橫向展寬，應調(diào)節(jié)________旋鈕；要使屏上能夠顯示三個完整的波形，應調(diào)節(jié)________旋鈕。 解析：(1)示波器內(nèi)部配有X掃描信號，其掃描頻率的高低由掃描范圍旋鈕和微調(diào)旋鈕共同調(diào)節(jié)，要測試其他信號，只要將其加在Y輸入即可，同時信號的接地端和示波器的“地”相接。 (2)波形的上下移動靠調(diào)節(jié)“豎直位移”旋鈕來實現(xiàn)，左右移動靠調(diào)節(jié)“水平位移”旋鈕來完成；橫向展寬要靠X增益調(diào)節(jié)旋鈕來完成；屏上顯示完整波形數(shù)的多少要用掃描范圍和微調(diào)旋鈕完成。 答案：(1)Y輸入　地　(2)豎直位移　X增益調(diào)節(jié)　掃描范圍和掃描微調(diào)