版高中物理第二章交变电流3示波器的使用讲义精练（含解析）
教科版选修32
3 示波器的使用
[学科素养与目标要求]
物理观念：了解示波器面板上各个旋钮的名称及作用．
科学思维：通过练习使用示波器观察、检测各种信号，体会示波器的操作方法．
一、认识示波器
如图1所示编号对应的旋钮名称及作用如下：
图1
1．电源开关．
2．电源指示灯：开启电源开关，进行预热，这时指示灯亮．
3．辉度调节旋钮：用来调节图像亮度．
10．衰减调节旋钮：最右边的“”符号表示机内提供正弦交流信号．
11．扫描范围旋钮：用来调节扫描电压的频率范围，其中最右边的“外X”挡是指使用外部输
入的扫描电压．
12．扫描微调旋钮：在选定扫描范围内调节扫描频率．
13．外部信号输入端：包括“Y输入”、“X输入”和“地”三个接线柱，其中“地”是公共端．
14．交直流选择开关：“DC”代表直流，“AC”代表交流．
15．同步极性选择开关．
二、练习使用示波器
观察亮斑及亮斑移动：
(1)看亮斑：辉度调节旋钮逆时针转到底，竖直位移和水平位移旋钮旋到中间，扫描范围旋钮置“外X”挡．辉度调节旋钮最弱是为了当亮斑出现时不会过亮烧坏荧光屏，后面可慢慢调节到较合适亮度．竖直位移和水平位移旋钮旋到中间，目的是为了使亮斑出现时能出现在屏幕上，而不会跑到屏幕外．亮斑出现了，调节聚焦旋钮和辅助聚焦旋钮，使亮斑最圆最小．调节水平位移和竖直位移旋钮观察亮斑水平和上下移动．
(2)观察亮斑移动(扫描)：把衰减调到1，扫描范围旋钮调到最低挡，扫描微调旋钮逆时针转到底．目的是使扫描频率最小．扫描一次的时间是亮点从左边运动到右边所用的时间，扫描频率则是一秒钟从左边到右边运动的次数．要看到是一个亮点运动，必须使频率小．当看到亮斑运动后，调节扫描微调旋钮，可看到亮斑运动得更快，最后变成了一条亮线．
如图2所示为示波器面板，屏上显示的是一亮度很低、线条较粗且模糊不清的波形．
图2
(1)若要增大显示波形的亮度，应调节________旋钮．
(2)若要屏上波形线条变细且边缘清晰，应调节______旋钮．
(3)若要将波形曲线调至屏中央，应调节________与______旋钮．
答案(1)辉度(或写为) (2)聚焦(或写为⊙)
(3)竖直位移(或写为↑↓)水平位移(或写为)
一、使用示波器
(1)打开示波器电源开关后，为什么要预热1～2分钟后再开始使用？
(2)调节亮斑前，为什么要先把辉度调节旋钮反转到底？竖直、水平位移旋钮调到中间位置？衰减调节旋钮置于最高挡？扫描范围旋钮置于“外X”挡？
答案(1)示波管中的电子枪需要预热，才有电子发射出来．
(2)以免开机时亮度太大损坏示波管；使图像位于屏幕中央；使波形不要太大，以免超出屏幕范围；不加扫描电压，使图像在水平中央位置．
1．观察正弦波或余弦波：若外加的是正弦交变电压，当扫描频率是交变电压频率的整数倍时可在屏上看到正弦波形．
正弦波的形成：亮斑从左到右运动的时间若刚好等于交变电压的周期，则在屏上出现一个完整正弦波形，若是交变电压周期的两倍，则出现两个完整波形．
2．注意竖直位移旋钮和Y增益调节旋钮以及水平位移旋钮和X增益调节旋钮之间的区别：一个是调节平衡位置上下运动，一个是调节上下运动振幅．一个是调节水平扫描中心位置，一个是调节扫描幅度．
3．注意衰减调节旋钮和Y增益调节旋钮之间的关系，衰减调节旋钮是大幅度调节振幅，1是不衰减，10表示振幅变为原来的十分之一，100表示变为原来的一百分之一．而Y增益调节旋钮是较小范围调节振幅．
注意扫描范围旋钮和扫描微调旋钮配合调节扫描频率，如要调到频率为900 Hz，则先把扫描范围旋钮打在1 000 Hz处，再调节扫描微调旋钮使频率在1 000 Hz左右小范围变动，可调到900 Hz.
例1用示波器观察频率为900 Hz的正弦电压信号．把该信号接入示波器Y输入．
(1)当屏幕上出现如图3所示的波形时，应调节________旋钮．如果正弦波的正、负半周均超出了屏幕的范围，应调节____________或____________调节旋钮，或这两个旋钮配合使用，以使正弦波的整个波形出现在屏幕内．
图3
(2)如需要屏幕上正好出现一个完整的正弦波形，应将______旋钮置于______的位置，然后调节________旋钮．
答案(1)竖直位移(或↑↓)衰减Y增益
(2)扫描范围 1 000挡扫描微调
解析(1)屏幕上的波形位置偏上，应该调节“竖直位移”(“↑↓”)旋钮使其向下移动到屏幕中心；如果正弦波的正、负半周均超出屏幕的范围，说明波形在竖直方向上的最大距离(波幅)过大，应该调节“Y增益”旋钮使波幅减小，或者调节“衰减”旋钮使整个波形缩小；(2)如果需要屏幕上出现一个完整的正弦波形，则应使横向扫描频率等于900 Hz的正弦电压的频率．首先应将“扫描范围”旋钮置于“1 000”挡的位置，然后调节“扫描微调”旋钮，使扫描频率达到900 Hz即可形成稳定的波形．
针对训练(2018·攀枝花市第十二中学高二上调研)在“练习使用示波器”的实验中：(1)如果在示波器荧光屏上发现水平方向有一亮斑自左向右缓慢移动，要使它在水平方向上变成一条亮线的办法是( )
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
(2)在示波器荧光屏出现了图4甲所示的波形，要使其变为图乙所示的波形，则应( )
图4
A．调节竖直位移旋钮和水平位移旋钮
B．调节扫描范围旋钮和扫描微调旋钮
C．调节聚焦旋钮
D．调节X增益旋钮和Y增益旋钮
答案(1)C (2)D
解析(1)为观察示波器的水平扫描作用，调节相应的旋钮，看到屏上的亮斑从左向右移动，到达右端后又很快回到左端．顺时针旋转扫描微调旋钮以增大扫描频率，此时屏上观察到的现象是：亮点从左向右移动变快，最后变成一条亮线，故C正确，A、B、D错误．
(2)由题图可知，X与Y方向的幅度均增大，因此通过调节X增益旋钮和Y增益旋钮，即可实现，故A、B、C错误，D正确．
二、示波器的工作原理
例2(多选)图5甲所示是示波管的原理图，它是由电子枪、竖直偏转电极YY′、水平偏转电极XX′和荧光屏组成．电子枪发射的电子打在荧光屏上将出现亮点，不加任何电压时，电子打在荧光屏中心．若亮点很快移动，由于视觉暂留关系，能在荧光屏上看到一条亮线．现在加上频率较高的偏转电压，则( )
图5
A．如果只在偏转电极XX′上加上如图乙所示的电压，应观察到一条水平亮线
B．如果只在偏转电极YY′上加上如图丙所示U＝U m sin ωt的电压，应观察到一条正弦曲线如图丁所示
C．如果在偏转电极YY′上加上如图丙所示U＝U m sin ωt的电压，同时在偏转电极XX′上加上如图乙所示的电压，应观察到一条正弦曲线如图戊所示
D．如果在偏转电极YY′上加上如图丙所示U＝U m sin ωt的电压，同时在偏转电极XX′上加上如图乙所示的电压，应观察到一条正弦曲线如图丁所示
答案AD
解析如果在偏转电极XX′上加上题图乙所示的电压，应观察到一条水平的亮线，故A正确；如果只在偏转电极YY′上加上题图丙所示U＝U m sin ωt的电压，则在水平方向不运动，只在竖直方向偏转，应观察到一条竖直的亮线，故B错误；如果在偏转电极YY′上加上题图丙所示U＝U m sin ωt的电压，同时在偏转电极XX′上加上题图乙所示的电压，因题图乙中的电压为单一方向上，则形成的图像只在O点的一侧如题图丁所示，故C错误，D正确.
1．(示波器的使用)在“练习使用示波器”的实验中，关于竖直位移旋钮和Y增益调节旋钮的作用，下列说法正确的是( )
A．竖直位移旋钮用来调节图像在竖直方向的位置，Y增益调节旋钮用来调节图像在竖直方向的幅度
B．竖直位移旋钮用来调节图像在竖直方向的幅度，Y增益调节旋钮用来调节图像在竖直方向的位置
C．竖直位移旋钮和Y增益调节旋钮都是用来调节图像在竖直方向的位置的
D．竖直位移旋钮和Y增益调节旋钮都是用来调节图像在竖直方向的幅度的
答案 A
解析竖直位移旋钮可以调节图像在屏幕竖直方向的位置，使观察的信号位于屏幕中央，Y增益调节旋钮则用来调节图像在竖直方向的幅度，故A正确，B、C、D错误．
2．(示波器的使用)某学生在做“练习使用示波器”的实验时，将衰减调节旋钮拨到“”挡，将扫描范围旋钮拨到10～100 Hz挡，然后再调节扫描微调旋钮，当示波器荧光屏上出现两个完整的正弦波形时，其频率为( )
A．10 Hz B．25 Hz
C．50 Hz D．100 Hz
答案 B
解析由示波器的工作原理知，当把衰减调节旋钮调到“”挡时，是由机内提供竖直方向的按正弦规律变化的50 Hz的交流电压，当扫描频率也等于50 Hz时，荧光屏上应出现1个完整的正弦波形，现在荧光屏上出现两个完整的正弦波形，扫描频率应是交流信号电压变化频率的一半，所以扫描频率应是25 Hz.
3．(示波器的使用)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像可能是下列图中的( )
答案 B
4．(用示波器显示外加信号的波形)用示波器观察交流信号时，在显示屏上显示出一个完整的波形(如图6所示)，经下列四组操作之一，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( )
图6
A．调节X增益调节旋钮和竖直位移旋钮
B．调节X增益调节旋钮和扫描微调旋钮
C．调节扫描微调旋钮和Y增益调节旋钮
D．调节水平位移旋钮和Y增益调节旋钮
答案 C
解析调节扫描微调旋钮，减小扫描电压的频率，也就增大了其周期，而信号电压的频率不变，所以在扫描的一个周期内显示的完整波形个数增多．调节Y增益调节旋钮即可使波形幅度增大，故C正确．
5．(用示波器显示外加信号的波形)(多选)示波管的内部结构如图7甲所示，如果在偏转电极XX′、YY′之间都没有加电压，电子束将打在荧光屏的中心，如果在偏转电极XX′之间和YY′之间加上图丙所示的几种电压，荧光屏上可能会出现图乙中(a)、(b)所示的两种波形．则( )
图7
A．若XX′和YY′分别加电压(3)和(1)，荧光屏上可以出现图乙中(a)所示波形
B．若XX′和YY′分别加电压(4)和(1)，荧光屏上可以出现图乙中(a)所示波形
C．若XX′和YY′分别加电压(3)和(2)，荧光屏上可以出现图乙中(b)所示波形
D．若XX′和YY′分别加电压(4)和(2)，荧光屏上可以出现图乙中(b)所示波形
答案AC
解析若XX′和YY′分别加电压(3)和(1)，则横轴自左向右移动，纵轴按正弦规律变化，荧光屏上可以出现如题图乙(a)所示波形，选项A对．若XX′和YY′分别加电压(4)和(1)，则横轴不变，即波形只在纵轴上，不管纵轴上面波形如何变化始终只能在横轴出现一条线，题图乙(a)、(b)都不可能出现，选项B错．若XX′和YY′分别加电压(4)和(2)荧光屏上出现两亮点，选项D错．若XX′和YY′分别加电压(3)和(2)，荧光屏上可出现如题图乙(b)所示波形，则选项C对．
6．(示波器的使用)(2018·北京市第二中学高二上期中)在“练习使用示波器”的实验中：某同学将衰减调节旋钮置于最右边的“”挡，扫描范围置于“10”，发现示波器显示屏上显示的波形如图8(A)所示，为将这个波形变为图(B)所示的波形，可进行如下调节：(填开关的编号)
图8
(1)调节________与________使图像变细．
(2)调节________与________使图像位于示波器中央．
(3)调节________增大曲线竖直方向的幅度．
(4)调节________增大曲线水平方向的幅度．
(5)调节________使图像从负半周开始．
答案(1)2 3 (2)6 7 (3)8 (4)9 (5)15
解析(1)使图像由题图A变为题图B，则应调节2聚焦调节旋钮和3辅助聚焦调节旋钮；
(2)调节6竖直位移旋钮和7水平位移旋钮使图像位于中心；
(3)若要增大波形曲线竖直方向的幅度，应调节8Y增益调节旋钮；
(4)调节9X增益调节旋钮增大曲线水平方向的幅度；
(5)使图像从负半周开始应调节15同步极性选择开关．
7．(示波器的使用)在“练习使用示波器”的实验中：
(1)为观察亮斑在竖直方向上的偏移，应该将扫描范围旋钮置于“外X”挡，使亮斑位于屏的________，然后，应把“DC”－“AC”开关置于________位置，以备给示波器输入一个直流电压．
(2)为给示波器输入一个Y方向的直流电压(要求电压从零开始逐渐增加)，请将图9中器材与示波器连成正确的电路．
图9
(3)调节滑动变阻器改变输入电压，可以看到亮斑向上的偏移随之改变，电压越高，向上的偏移越________；调换电池正、负极，改变输入电压，可以看到亮斑向________偏移．
答案(1)中心DC (2)如图所示(3)大下
解析(1)把扫描范围旋钮置于“外X”挡时，机内不提供X方向的扫描电压，故亮斑仅出现在屏的中心；然后，应把“DC－AC”开关置于直流“DC”位置，以备给示波器输入一个直流电压．
(2)因输入电压要从零开始逐渐增加，所以示波器应接在分压电路上．
(3)若再加大Y向电压，则亮斑会加大其在竖直方向的位移，即电压越高，向上的偏移越大；调换电池正、负极后，亮斑向下偏移．