3．示波器的使用
[学习目标] 1.了解示波器面板上各个旋钮的名称及作用． 2.了解示波器的工作原理． 3.练习使用示波器观察交流电的波形．
一、实验原理
示波器是一种能把随时间变化的电信号用图像显示出来的电子仪器．凡能转换成电压的其他电学量(如电流、电阻等)和非电学量(如温度、压力、声波等)，都可以用示波器来观察和测量．
二、实验器材
示波器1台，低压电源1台，变阻器1只，开关一个，导线若干，学生信号源．
三、实验步骤
1．认识示波器的面板，熟悉各部分名称和作用
J2459型示波器
如图所示：示波器面板上的旋钮有：电源开关、电源指示灯、辉度调节旋钮、聚焦调节旋钮、辅助聚焦调节旋钮、竖直位移旋钮、水平位移旋钮，Y增益调节旋钮，X增益调节旋钮、衰减调节旋钮、扫描范围旋钮、扫描微调旋钮、外部信号输入端、交直流选择开关、同步极性选择开关．
2．开机前的准备
把示波器面板上各旋钮调节到下面指定位置：
(1)辉度调节旋钮()反时针方向旋到底；
(2)竖直位移旋钮(↑↓)旋至中间位置；
(3)水平位移旋钮()旋至中间位置；
(4)衰减调节旋钮旋到“1 000”的位置；
(5)扫描范围旋钮旋到“外X”位置；
(6)Y增益调节旋钮反时针方向旋到底；
(7)X增益调节旋钮反时针方向旋到底．
3．观察荧光屏上的亮斑并进行调节
(1)把示波器的电源插头插入适合的电源，把电源开关扳向“开”的位置，可见指示灯亮起，预热1～2分钟．
(2)顺时针方向旋转辉度调节旋钮，使屏上亮斑亮度适中．
(3)调节竖直位移、水平位移旋钮使亮斑在屏的中间．
(4)旋转聚焦调节旋钮“⊙”和辅助聚焦调节旋钮“○”，使亮斑最圆最小．
(5)旋转竖直位移旋钮，观察亮斑如何移动．
(6)旋转水平位移旋钮，观察亮斑如何移动．
4．观察扫描并进行调节
(1)把X增益调节旋钮顺时针转到1/3处，扫描微调旋钮逆时针转到底，扫描范围旋钮置于最低挡，观察扫描的情形．
(2)顺时针旋转扫描微调旋钮，可看到亮斑移动加快，直至为一条亮线．
(3)调节X增益调节旋钮，可以看到亮线长度的改变．
5．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，交流直流选择开关拨到“DC”位置．
(2)按图所示连接电路．
(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增益调节旋钮，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、负极，可以看到亮斑改为向下偏移．
6．观察按正弦规律变化的电压的图线
(1)把扫描范围旋钮置于第一挡(10～100 Hz)．
(2)把衰减调节旋钮置于“”挡，即由示波器本身机内提供竖直方向的按正弦规律变化的电压．
(3)反复调节扫描微调旋钮，使屏上出现完整而稳定的正弦曲线．
(4)调节Y增益调节旋钮时，观察到曲线的形状沿竖直方向变化；而调节X增益调节旋钮时，观察到曲线的形状沿水平方向变化．
(5)当把同步极性选择开关置于“＋”位置时，正弦曲线从正半周开始，把此时观察到的曲线形状画在圆框内；当把同步极性选择开关置于“－”位置时，曲线从负半周开始，把此时观察到的曲线形状画在圆框内．
也可以用Y衰减的其他挡位进行测量，把有关数据填入记录表格中，并比较用哪一挡位较为准确．
7．关机
实验完毕，关机前要先把辉度调节旋钮逆时针方向旋到底，然后再切断电源．
四、注意事项
1．开机前及实验完毕关机前，先要把辉度调节旋钮逆时针转到底．(处于亮度最低状态)
2．使用过程中，不应使光斑过亮，特别是当亮斑长时间停留在屏上不动时，应将亮度减弱，以免损伤荧光屏，缩短示波管的寿命．
3．由示波器Y输入的电压不可过大，否则会损坏机内的分压电阻和电子管，在最大衰减倍率(1 000)时也不得超过直流400 V.
4．尽量避免频繁开机、关机，否则将缩短示波器电子管阴极的寿命．短时间不用时，不必关机，只需将辉度调节旋钮旋至荧光屏上无亮线．
5．如果显示的波形受外界干扰，可将机壳用导线接地．
6．当“Y输入”接线柱上接出的导线悬空时，它和“地”间电阻极大，环境空间中杂散的电磁场将在导线中感应较大的电压，使屏上出现干扰波形，衰减倍率越小，干扰信号显示的幅度越大．若用手摸这条导线会更严重，使用中应尽量避免这种情况.
对示波管原理的理解
【例1】 (多选)图中(1)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 ( )
(1)
(2) (3)
(4) (5)
A．如果只在偏转电极XX′上加上如图(2)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(3)所示U＝Umsin ωt的电压，应观察到一条正弦曲线如图(4)
C．如果在偏转电极YY′上加上如图(3)所示U＝Umsin ωt的电压，同时在偏转电极XX′上加上图(2)所示的电压，应观察到一条正弦曲线如图(5)
D．如果在偏转电极YY′上加上如图(3)所示U＝Umsin ωt，同时在偏转电极XX′上加上图(2)所示的电压，应观察到一条正弦曲线如图(4)
AD [如果在偏转电极XX′上加上如图(2)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′上加上如图(3)所示U＝Umsin 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′上加上如图(3)所示U＝Umsin ωt的电压，同时在偏转电极XX′上加上图(2)所示的电压，因图(2)中的电压为单一方向上，则形成的图像只在O点的一侧为图(4)，故C错误，而D正确．]
练习使用示波器
【例2】 图甲为示波器面板，图乙为一信号源．
甲 乙
(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)若示波器所显示的输入波形如图所示，要将波形上移，应调节面板上的__________旋钮；要使此波形横向展宽，应调节____________旋钮；要使屏上能够显示三个完整的波形，应调节____________旋钮．
解析：(1)若要观测此信号源发出的正弦交流信号的波形，应从示波器的“Y输入”和“地”接线柱输入信号，所以应将信号源的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)竖直位移旋钮的作用是调节波形在屏幕上的竖直位置，由题图可知该波形偏下，所以应该调节6，X增益旋钮的作用是调整波形的横向宽度．调节扫描范围和扫描微调可调整屏幕上显示的完整的波形数．
答案：(1)Y输入 地 (2)6 X增益 扫描范围和扫描微调
(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、水平位移旋钮和X增益、Y增益之间区别：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)注意衰减和Y增益之间的关系，衰减是大幅度调节振幅，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.
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．经下列四组操作之一，使该信号显示出两个完整的波形，且波形幅度减小．此组操作是( )
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
C [要让显示屏上的波形由一个变为两个，就需提高扫描频率，即需调整扫描微调旋钮．Y增益旋钮是用来调节图像在竖直方向上的幅度的，故选项C正确．]
2.若在示波器的“Y输入”和“地”之间加上如图所示的电压，而扫描范围旋钮置于“外X”挡，则此时屏上应出现的情形是下图中的( )
C [Y方向上有一个恒定电压，扫描范围旋钮置于“外X”挡，示波器内不提供X方向的扫描电压．而“X输入”接线柱也没有输入任何扫描电压，所以X方向没有偏转，选项C正确．]
3．示波器使用结束时应注意及时关机，关机的下列操作顺序正确的是( )
A．先断开电源开关，再将“辉度调节”旋钮逆时针转到底
B．先断开电源开关，再将“辉度调节”旋钮顺时针转到底
C．先将“辉度调节”旋钮逆时针转到底，再断开电源开关
D．先将“辉度调节”旋钮顺时针转到底，再断开电源开关
C [辉度调节旋钮逆时针旋转时可使屏幕亮度降低，保护屏幕．所以关机时应先将辉度调节旋钮逆时针转到底，再断开电源开关．选项C正确．]
4．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像，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增益调节旋钮
C [在荧光屏上出现的是一个亮点自左向右的水平移动的图形，要把它变成水平方向的亮线，若调节辉度旋钮，只能使亮度增大，不能改变图形，所以A选项错误；若调节衰减旋钮，只能使输入信号的强度减弱，这里只有一个亮点，没有输入信号，所以B选项也是错的；若调节Y增益调节是改变竖直方向输入的信号强度，即改变图线在竖直方向的幅度，显然D选项也是错误的；现在荧光屏上出现的是水平方向移动的一个亮点，说明水平扫描频率太小，使眼睛能觉察到亮度的移动，所以应该提高水平扫描频率，使眼睛区分不开亮点位置的变化，故选项C是正确的．]
5.在应用示波器观察Y输入系统的作用时，有下列操作程序，请在横线上填写观察到的现象．
(1)把“扫描范围”旋钮置于“外X”挡，“DC、AC”开关置于“DC”位置，调节水平、竖直位移旋钮使光点位于荧光屏中心，将衰减旋钮置于“1 000”挡，“Y增益”旋钮顺时针转到二分之一处；
(2)用1～2节干电池(1.5 V)作直流电源，将电源和变阻器组成如图所示的直流回路，并取出一部分电压加到“Y输入”与“地”接线柱上；
(3)移动变阻器中心触头位置，改变“Y输入”电压，观察亮点偏离光屏中心的距离________；
(4)将“衰减”旋钮分别置于“10”、“100”挡，重复上一步骤，这时会发现亮点离光屏中心距离________，由此可见“衰减”旋钮的作用是_________________________________________________；
(5)将直流电源的正负接线互换，改变输入电压方向，观察光点偏移方向的变化，这时可能看到________．
答案：(3)变化 (4)由大变小 改变偏转电压，改变亮点偏离幅度 (5)向相反方向偏移(或向下偏移)
6．示波器是检测和修理各种电子仪器以及进行科学研究必不可少的工具．掌握它的一般使用方法是对每一名普通高中学生的一般要求．如图所示为某次学生实验时练习使用的J－2456型示波器的面板示意图．实验中某学生已经在荧光屏中间调节出了最圆最小的光斑，则：
他若要观察机内提供的竖直方向的正弦规律变化的电压的图像，应怎样调节至最佳状态？(写明必要的文字叙述，控制旋钮的名称及指示位置)
解析：(1)把扫描范围旋钮置于第一挡(或10～100 Hz挡)．
(2)把衰减调节旋钮置于“”挡，即由机内提供竖直方向的按正弦规律变化的电压．
(3)调节扫描微调旋钮，使屏上出现完整的正弦曲线．
(4)调节X增益和Y增益旋钮，使曲线在水平和竖直方向发生变化．
答案：见解析
课件47张PPT。第二章 交变电流3．示波器的使用2345678910111213141516171819 对示波管原理的理解202122232425 练习使用示波器262728293031323334353637383940414243444546Thank you for watching !
