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1、高考物理示波器的构造及原理课件本讲稿第一页，共十八页实验目的1了解示波器的基本结构和工作原理；2、了解示波器的调节和使用。本讲稿第二页，共十八页实验实验原理 如图为示波管构造图，示波管由电子枪、偏转电极和荧光如图为示波管构造图，示波管由电子枪、偏转电极和荧光屏组成屏组成.1 1、当偏转电极、当偏转电极XXXX和和YYYY不加电压时，电子枪发射出的电子打不加电压时，电子枪发射出的电子打在荧光屏上，会在那里产生一个亮点在荧光屏上，会在那里产生一个亮点.2 2、若在偏转电极、若在偏转电极YYYY上上加电压，电子将在竖直方向上加电压，电子将在竖直方向上发生偏转；若在发生偏转；若在XXXX上加电压，电子
2、将在水平方向上发上加电压，电子将在水平方向上发生偏转，从而使亮斑的位置发生改变；生偏转，从而使亮斑的位置发生改变；本讲稿第三页，共十八页实验实验原理3 3、当所加电压恒定时，亮斑的位置是固定的、当所加电压恒定时，亮斑的位置是固定的.4 4、当所加电压变化时，亮斑的位置是移动的；、当所加电压变化时，亮斑的位置是移动的；5 5、如果所加电压变化很快，那么亮斑的位置变化就会很快，、如果所加电压变化很快，那么亮斑的位置变化就会很快，看到将是一条亮线看到将是一条亮线.如果所加电压是周期性变化的，则荧光屏上如果所加电压是周期性变化的，则荧光屏上显示的亮线也将随周期发生变化显示的亮线也将随周期发生变化.本讲
3、稿第四页，共十八页示波器的基本结构本讲稿第五页，共十八页亮度调节示波器中用于显示波形的真空玻璃管叫阴示波器中用于显示波形的真空玻璃管叫阴极射线管极射线管,简称示波管简称示波管,示波管的正面是一示波管的正面是一个涂有荧光物质的圆形屏个涂有荧光物质的圆形屏,当管中的高速当管中的高速运动电子打上去时运动电子打上去时,就会发出荧光。一般就会发出荧光。一般的示波器都是热阴极。阴极由灯丝通电加的示波器都是热阴极。阴极由灯丝通电加热后热后,阴极上的电子由于热运动而脱离阴阴极上的电子由于热运动而脱离阴极极,称为热激发。因此称为热激发。因此,电子被加速后轰击到电子被加速后轰击到荧光屏上荧光屏上,使该处的荧光物质
4、发光。使该处的荧光物质发光。本讲稿第六页，共十八页亮度调节为了控制电子束轰击到荧光屏上的强度,也就是控制单位时间轰击荧光屏的电子数目,在阳极前面加一个零到几十伏特的调制极,其形状是一个开有小孔的金属罩。由于调制极电势比阴极要低,而且调制极的电势越低,穿过金属罩小孔的电子越少,亮度越弱。调节调制极的电势,就能够改变荧光屏上光斑的亮度,这就是面板上“亮度”旋钮的作用。本讲稿第七页，共十八页聚焦调节在两个第二阳极在两个之间设有一个特殊形状的第一阳极在两个之间设有一个特殊形状的第一阳极,给第给第一阳极加上比第二阳极低的电势，由于第一阳极一阳极加上比第二阳极低的电势，由于第一阳极和第二阳极之间有电势差和
5、第二阳极之间有电势差,其特殊形状的电极构其特殊形状的电极构成电子透镜。如光学透镜能会聚光一样成电子透镜。如光学透镜能会聚光一样,电子透电子透镜能会聚射向荧光屏的电子束。电子透镜聚焦是镜能会聚射向荧光屏的电子束。电子透镜聚焦是由第二阳极上的电位和第一阳极上的电位之比决由第二阳极上的电位和第一阳极上的电位之比决定的定的,调节聚焦和辅助聚焦就是调节两电位之比调节聚焦和辅助聚焦就是调节两电位之比,这这就是示波器的电聚焦原理。就是示波器的电聚焦原理。本讲稿第八页，共十八页偏转原理由阴极热激发的电子经阳极加速后由阴极热激发的电子经阳极加速后,在到达在到达荧光屏之前荧光屏之前,还要经过由水平偏转极板和垂还要
6、经过由水平偏转极板和垂直偏转极板所围成的空间。在偏转极板上直偏转极板所围成的空间。在偏转极板上加上几十伏特的偏转电压。当电子穿过偏加上几十伏特的偏转电压。当电子穿过偏转极中间时转极中间时,由于受电场力的作用而使电子由于受电场力的作用而使电子束偏离直线。偏转电压越大束偏离直线。偏转电压越大,电场力越大电场力越大,荧荧光屏上的亮点偏离荧光屏中心越远光屏上的亮点偏离荧光屏中心越远,这就是这就是电偏转原理。电偏转原理。本讲稿第九页，共十八页偏转原理 如果只在竖偏转板如果只在竖偏转板(y轴轴)上加一正弦波电上加一正弦波电压压,则电子束将随电压的变化只在竖直方则电子束将随电压的变化只在竖直方向上往复运动向
7、上往复运动,在荧光屏上看到的是一条在荧光屏上看到的是一条竖直亮线竖直亮线,如图所示。如图所示。如何在示波器上显示出正弦波形？如何在示波器上显示出正弦波形？要能显示波形要能显示波形,必须同时在水平偏转板加一必须同时在水平偏转板加一扫描电压扫描电压,使电子束的亮点沿水平方向拉开。使电子束的亮点沿水平方向拉开。本讲稿第十页，共十八页扫描原理 这种扫描电压应该具有怎样特点？这种扫描电压应该具有怎样特点？电压随时间成线性关系增加到最大值电压随时间成线性关系增加到最大值,然后然后突然回到最小值突然回到最小值,此后再重复变化。这种扫描此后再重复变化。这种扫描电压随时间变化的关系曲线形同电压随时间变化的关系曲
8、线形同“锯齿锯齿”,故故称为称为“锯齿波电压锯齿波电压”,如图所示。如图所示。本讲稿第十一页，共十八页扫描原理如果只在水平偏转板如果只在水平偏转板(轴轴)加上这样的锯齿加上这样的锯齿波电压波电压,则电子束偏转电压随时间的变化只则电子束偏转电压随时间的变化只在水平方向上往复运动在水平方向上往复运动,在荧光屏上看到的在荧光屏上看到的是一条水平亮线。如图所示为只在水平偏是一条水平亮线。如图所示为只在水平偏转板上加一锯齿波电压的情形。转板上加一锯齿波电压的情形。如果只在水平偏转板如果只在水平偏转板(x轴轴)加上这样的锯齿波加上这样的锯齿波电压电压,结果如何？结果如何？本讲稿第十二页，共十八页扫描原理如
9、果在竖直偏转板如果在竖直偏转板(Y轴轴)上加正弦波电压上加正弦波电压,同同时在水平偏转板上时在水平偏转板上(轴轴)加锯齿波电压加锯齿波电压,电子电子束同时受竖直和水平两个方向电场力的作束同时受竖直和水平两个方向电场力的作用用,电子的运动是两互相垂直运动的合成。电子的运动是两互相垂直运动的合成。当锯齿波电压与正弦波电压变化周期相等时当锯齿波电压与正弦波电压变化周期相等时,在荧光屏上能显示出完整周期的正弦波电压在荧光屏上能显示出完整周期的正弦波电压的波形图的波形图,如图所示为示波器显示正弦波形的如图所示为示波器显示正弦波形的原理图。原理图。本讲稿第十三页，共十八页扫描原理如果正弦波和锯齿波电压的周
10、期稍有不同如果正弦波和锯齿波电压的周期稍有不同,荧光屏上出现的是移动着的不稳定图形。荧光屏上出现的是移动着的不稳定图形。这种情况可以用图说明这种情况可以用图说明:设设X轴加的锯齿波轴加的锯齿波电压的周期比偏转板上的正弦波电压周期稍电压的周期比偏转板上的正弦波电压周期稍小。比如小。比如,在屏上显示的波形不在屏上显示的波形不重叠重叠,好像波形在向右移动。好像波形在向右移动。本讲稿第十四页，共十八页扫描原理如果和差别稍大一些如果和差别稍大一些,一个一个的波形由于一个一个的波形由于荧光屏的余辉和人眼的视觉暂留荧光屏的余辉和人眼的视觉暂留,看到的是看到的是多个波形在屏上的叠加结果。其原因是扫描多个波形在屏上的叠加结果。其原因是扫描电压的周期与被测信号的周期不相等或不成电压的周期与被测信号的周期不相等或不成整数倍关系整数倍关系,以至于每次扫描的起点在轴上以至于每次扫描的起点在轴上均不相同。如图：均不相同。如图：本讲稿第十五页，共十八页扫描原理本讲稿第十六页，共十八页实验原理为了获得稳定的波形为了获得稳定的波形(单一波形单一波形),每次扫描在每次扫描在轴上应有相同的起点。在连续扫描中轴上应有相同的起点。在连续扫描中,锯齿锯齿波的周期称为扫描周期波的周期称为扫描周期,扫描周期和轴上被测扫描周期和轴上被测信号周期之间应满足信号周期之间应满足本讲稿第十七页，共十八页本讲稿第十八页，共十八页