(全国通用)2014届高三物理复习能力提升 第13章 实验17 练习使用示波器.doc

实验十七　练习使用示波器
考纲解读1.熟悉示波器的功能；2.练习使用示波器的方法．

基本实验要求
1．实验器材
J2459型示波器1台；低压电源1个；变阻器1只；电键1只；开关、导线若干．
2．实验步骤
(1)观察荧光屏上的亮斑并进行调节
①先把辉度调节旋钮逆时针转到底，竖直位移旋钮和水平位移旋钮转到中间位置，衰减调节旋钮置于1 000挡，扫描范围旋钮置于“外X挡”．
②打开电源开关，等一两分钟(预热)后，顺时针旋转辉度调节旋钮，屏上即出现一个亮斑，调节该旋钮，使亮斑的亮度适中．
③旋转聚焦调节旋钮和辅助聚焦调节旋钮，观察亮斑的变化情况，并使亮斑最圆、最小．
④旋转竖直位移旋钮，观察亮斑上下移动的情况；旋转水平位移旋钮，观察亮斑左右移动的情况．调节这两个旋钮，使亮斑位于荧光屏中心．
规律方法总结
1．实验原理
(1)示波器的原理
示波器是一种用途广泛的电子仪器，它能将不可见的电信号变为看得见的光信号在荧光屏上显示出来，以便观察分析．
当把信号电压输入示波器时，示波管的荧光屏上就反映出这个电压随时间变化的波形来．示波管主要由电子枪、竖直偏转电极和水平偏转电极组成．两电极都不加偏转电压时，由电子枪产生的高速电子做直线运动，打在荧光屏中心，形成一个亮点．这时如果在水平偏转电极上加上随时间均匀变化的电压，则电子因受偏转电场的作用，打在荧光屏上的亮点便沿水平方向匀速移动．如果再在竖直偏转电极上，加上一随时间变化的信号电压，则亮点在竖直方向上也要发生偏移，偏移的大小与所加信号电压的大小成正比．这样，亮点一方面随着时间的推移在水平方向匀速移动，一方面又正比于信号电压在竖直方向上产生的偏移．于是在荧光屏上便形成一波形曲线，此曲线反映出信号电压随时间变化的规律．
(2)观察扫描并进行调节
①把X增益旋钮顺时针转到1/3处，扫描微调旋钮逆时针转到底，扫描范围旋钮置于
10 Hz～100 Hz挡，可看到扫描的情形．
②顺时针旋转扫描微调旋钮，可看到亮斑移动加快，直至成为一条亮线．
③调节X增益旋钮，可以看到亮线长度随之改变．
(3)观察亮斑在竖直方向的偏移并进行调节
①将扫描范围旋钮置于“外X挡”，交直流选择开关拨到“DC”位置．
②按图1连接电路．

图1
③将滑动变阻器的滑片P滑至适当位置后闭合开关，把衰减调节旋钮逆时针依次转到100、10和1挡，观察亮斑向上偏移的情况．
④调节Y增益旋钮，使亮斑偏移一段适当的距离，再调节滑动变阻器，观察亮斑偏移的距离随输入电压变化的情况．
⑤调换电池的正负级，可以看到亮斑改为向下偏移．
(4)观察按正弦规律变化的电压的变化图线
①将扫描范围旋钮置于10 Hz～100 Hz挡，衰减调节旋钮置于“挡”．
②调节扫描微调旋钮，使屏上出现完整且稳定的正弦曲线．
③调节Y增益(或X增益)旋钮，观察曲线形状沿竖直(或水平)方向的变化情况．
④调节竖直(或水平)位移旋钮，观察曲线整体在竖直(或水平)方向上的移动情况．
(5)观察交变电压整流后的图线
①调节学生电源的电压选择开关，使其输出的交变电压为2 V，再按图2连接电路．

图2
②调节衰减调节旋钮到10挡．接通学生电源开关，屏上便呈现出R两端的电压图线(若不稳定，稍调扫描微调旋钮即可)，调节有关旋钮，使图象幅度大小适当．

图3
③断开学生电源开关，在A、B间串入二极管，如图3所示．
④接通学生电源开关，可看到经二极管整流后的电压的图线，把它与整流前的图线相比较．
(6)关机
将辉度调节旋钮逆时针转到底，再断开电源开关．
(2)示波器的面板(如实验原理图所示)
名称
符号
作用
辉度调节旋钮

调节图象的亮度
聚焦调节旋钮和辅助聚焦调节旋钮

两旋钮配合使用可使电子束会聚成一细束，在屏上出现小亮斑，使图象线条清晰
电源开头

接通或断开电源的开头
指示灯

电源接通时，指示灯明亮，再经1～2 min的预热，示波器便可工作
竖直位移旋钮

用来调节图象在竖直方向的位置
水平位移旋钮

用来调节图象在水平方向的位置
Y增益旋钮　
Y增益
用来调节图象在竖直方向的幅度
X增益旋钮　
X增益
用来调节图象在水平方向的幅度
衰减调节旋钮
衰减
分1、10、100、1 000四挡，“1”挡不衰减，其余各挡分别可使加在竖直偏转电极上的信号电压衰减为原来的、、；最右边的“”挡不是衰减，而是由机内自行提供竖直方向的按正弦规律变化的交流电压，可用来观察正弦波形或检查示波器是否正确工作
扫描范围旋钮
扫描范围
用来改变扫描电压的频率范围，有四个挡，左边第一挡是10 Hz～100 Hz，向右旋转每升高一挡，扫描频率增大10倍．最右边是“外X”挡，使用这一挡时，机内不加扫描电压，水平方向的电压可以从外部输入
扫描微调旋钮
扫描微调
使扫描电压频率在选定的范围内连续变化，顺时针旋转时频率增加
“Y”输入、“X”输
入、“地”旋钮　

处在底行中间位置，分别为竖直方向、水平方向的输入接线柱和公共的接地接线柱
交直流选择开关　

置于“DC”位置时，所加的信号电压是直接输入的；置于“AC”位置时，所加的信号电压是通过一个电容器输入的，可以让交流信号通过而隔断直流信号
同步极性选择开关　
同步
置于“＋”位置时，扫描由被测信号正半周起同步，置于“－”位置时，扫描由负半周起同步
2.注意事项
(1)示波器属热电子仪器，要避免频繁开机、关机，否则易损坏仪器．(2)如果发现波形受外界干扰，可将示波器外壳接地．(3)调节屏上亮斑(或图线)时要适中，但是不能过亮，否则容易损伤荧光屏．(4)“Y输入”电压不能太高，以免损坏仪器，在最大衰减时也不能超过400 V．(5)当“Y输入”接导线“悬空”时，容易出现干扰波形，应避免出现这种情况．(6)关机前先将辉度调节旋钮沿逆时针方向转到底，使亮度减到最小，然后再断开电源开关．

例1　用示波器观察某交流信号时，在显示屏上显示出一个完整的波形，
如图4所示．经下列四组操作之一，可使该信号显示出两个完整的波
形，且波形幅度增大，此组操作是________．(填选项前的字母)
A．调整X增益旋钮和竖直位移旋钮
B．调整X增益旋钮和扫描微调旋钮
C．调整扫描微调旋钮和Y增益旋钮
D．调整水平位移旋钮和Y增益旋钮 图4
解析　考查示波器的基本使用．使波形幅度增大应调整Y增益旋钮，排除A、B选项；使显示屏上显示波形的波长数增加，应调整扫描微调旋钮，排除D选项．
答案　C
例2　图5甲为示波器的面板，图乙为一信号源．

图5
(1)若要观测此信号源发出的正弦交流信号的波形，应将信号源的a端与示波器面板上的________接线柱相连，b端与________接线柱相连．
(2)若示波器显示屏上显示的波形如图丙所示，要将波形上移，应调节__________旋钮；要使此波形横向展亮，应调节________旋钮；要使屏上能够显示3个完整的波形，应调节________旋钮．
解析　(1)信号源的a、b端，b端接地，故信号源的a端与示波器面板上的“Y输入”接线柱相连，b端与“地”接线柱相连．
(2)若示波器所显示的输入波形如图丙所示，要将波形上移应调节面板上的“6”旋钮(即↓↑旋钮)；要使此波形横向展亮，应调节“X增益”旋钮；要使屏上能够显示3个完整的波形，应调节“扫描范围”和“扫描微调”旋钮．
答案　(1)Y输入　地
(2)6　X增益　扫描范围和扫描微调

例3　如图6甲所示，D为“6.3 V,0.15 A”的小灯泡，L为自感线圈，其自感系数较大，直流电阻RL与灯泡电阻相同，示波器输入耦合开关置于“DC”，Y衰减开关置于“1 000”，扫描频率旋到“10～100”，在接通S前，将水平扫描线调到荧光屏中央，如图乙中的a；接通S瞬间，扫描线先上跳到b又迅速回到c；切断S瞬间，扫描线先下跳到d又回到a，试用自感的知识解释上述现象并说明b、c、d距a的高度所表示的物理意义．

图6
解析　接通S瞬间灯泡D导通，而线圈L由于自感作用，电流近似为零．A、B两端电压为灯泡D的分压，且由A端输入正向电压，故扫描线先上跳到b点；当线圈L内电流增加并在短时间内稳定后，A、B两端电压即L和D并联后的分压变小，但仍为正向电压，这样扫描线又迅速回到c.切断S瞬间，L产生自感电动势对D供电，此时B点电势高于A点电势，A端输入负向电压，扫描线先跳到a的下面；当短时间内电流减小为零后，A、B两端电压为零，扫描线又由d跳到a.
答案　见解析

1．正确使用示波器的操作是 (　　)
A．使用中辉度调节要合适，以避免损伤荧光屏
B．“同步”旋钮的“＋”“－”分别表示图象从正半周或者负半周开始
C．当光斑在荧光屏的左上角时，要使它在荧光屏的正中只要调节水平或竖直增益旋钮就行
D．当图象在荧光屏上慢慢移动时，应该调节扫描范围进而使图象稳定
答案　AB
解析　由示波器的使用要求可知，使用中调节图像的亮度要适中，太亮容易损伤荧光屏，“同步”旋钮的“＋”“－”分别表示图象从正半周或者负半周开始，要把光斑从屏的左上角调节到中央应该调节水平和竖直位移旋钮，当图象在屏上慢慢移动时，要使它稳定，要调节扫描频率，让图象稳定，故A、B正确．
2．在“练习使用示波器”实验中，某同学将衰减调节旋钮置于最右边的“”挡，扫描范围旋钮置于“外X”挡，“X输入”与“地”之间未接信号输入电压，他在示波器荧光屏上看到的图象可能是下图中的 (　　)

答案　B
3．如果在示波器的荧光屏上出现一个亮点在水平方向自左向右移动的图象，现在要使它变成水平方向的一条亮线，调节的方法应该是 (　　)
A．顺时针旋转辉度调节旋钮
B．调节衰减旋钮
C．调节扫描范围旋钮和扫描微调旋钮，增大扫描频率
D．调节Y增益旋钮
答案　C
解析　荧光屏上出现一个亮点在水平方向自左向右移动，说明扫描频率较低，如果要使它变成水平方向的一条亮线，应增大扫描频率．
4．某同学做“练习使用示波器”实验观察按正弦规律变化的电压图线时，在示波器荧屏上出现如图7(a)所示的图线，为了将图线调整为如图(b)所示的形状，他应采取的措施是(　　)

图7
A．调节竖直位移旋钮，使整个图线向下移动
B．保持同步极性选择开关不动，仍置于“＋”位置
C．调节Y增益使图线的振幅增大
D．调节X增益使图线的横向幅度增大
答案　ABD
解析　当出现如题图(a)所示图线时，表明竖直位置没有调节好，要调节到像题图(b)那样，应该调节竖直位移和X增益，先调节竖直位移让图线到屏的中央，再调节X增益让图线水平方向放大，而不应该调节其他旋钮．故A、B、D正确．
5．如图8所示，当把衰减挡依次转到100、10和不衰减挡时，发现亮斑向上偏移．调节Y增益使亮斑偏移一段适当的距离，然后向左移动变阻器的滑片P时，发现亮斑________．调换电池的正负极，可以看到亮斑________．

图8
答案　向上偏移　向下偏移

8