【高中物理】專題：示波管的原理(課件) 高中物理（人教版2019必修第三冊(cè)）

第九章靜電場(chǎng)及其應(yīng)用專題

示波管的原理目錄contents示波器0102示波管03典例分析新課導(dǎo)入YY’XX’-+--+-

若金屬平行板水平放置，電子將在豎直方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

若金屬平行板豎直放置，電子將在水平方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)電極的不同放置方式

有一種實(shí)驗(yàn)器材，利用帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律，靈敏、直觀地顯示出電信號(hào)隨時(shí)間變化的圖線——示波器示波器01

示波器是一種用途十分廣泛的電子測(cè)量?jī)x器。它能把肉眼看不見的電信號(hào)變換成看得見的圖像，便于人們研究各種電現(xiàn)象的變化過(guò)程。示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質(zhì)的屏面上，就可產(chǎn)生細(xì)小的光點(diǎn)。示波器的核心部件是示波管。

在被測(cè)信號(hào)的作用下，電子束就好像一支筆的筆尖，可以在屏面上描繪出被測(cè)信號(hào)的瞬時(shí)值的變化曲線。是一種用來(lái)觀察電信號(hào)隨時(shí)間變化的電子儀器。由電子槍、偏轉(zhuǎn)電極和熒光屏組成，管內(nèi)抽成真空。1.示波器作用：2.核心部件是示波管：3.原理：利用了帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的規(guī)律，靈敏、直觀地顯示出電信號(hào)隨時(shí)間變化的圖線。電子槍部分：偏轉(zhuǎn)電極部分：熒光屏部分：發(fā)射出電子使電子沿兩方向偏轉(zhuǎn)電子使熒光物質(zhì)受激而發(fā)光示波管02加速電壓

電子槍偏轉(zhuǎn)電極亮斑亮斑熒光屏

電子槍產(chǎn)生高速飛行的電子束

加速電壓

示波管的構(gòu)造信號(hào)電壓：掃描電壓：偏轉(zhuǎn)電極上通常加的是自身產(chǎn)生的鋸齒形電壓。示波器的偏轉(zhuǎn)電極上加的是待顯示的電壓。思考與討論1：如果在電極

XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間也不加電壓，電子將打在熒光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏想一想電子做勻速直線運(yùn)動(dòng)。打在熒光屏的正中央看到一個(gè)點(diǎn)（亮斑）思考與討論2：如果在電極

XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間加不變電壓，使Y的電勢(shì)比

Yˊ高，電子將打在熒光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏想一想電子沿Y方向向上偏移Y正Yˊ負(fù)思考與討論3：如果在電極

XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ之間加不變電壓，使Yˊ的電勢(shì)比Y高，電子將打在熒光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏想一想思考與討論4：如果在XXˊ之間不加電壓，而在YYˊ

之間加按圖示的規(guī)律變化的電壓，在熒光屏?xí)吹降氖裁礃拥膱D形？XˊXYYˊUYtOYˊ隨信號(hào)電壓同步變化（電壓變化快，亮斑移動(dòng)很），但由于視覺暫留和熒光物質(zhì)的殘光特性，亮斑的移動(dòng)看起來(lái)就成了與Y軸重合的一條豎直亮線。想一想交變電壓-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏思考與討論5：如果在電極YYˊ之間不加電壓，而在

XXˊ之間加不變電壓，使

X的電勢(shì)比Xˊ

高，電子將打在熒光屏的什么位置？想一想電子沿X方向向里偏移X正Xˊ負(fù)-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏思考與討論6：如果在電極

YYˊ之間不加電壓，而在XXˊ之間加不變電壓，使

Xˊ

的電勢(shì)比

X高，電子將打在熒光屏的什么位置？想一想電子沿X方向向外偏移Xˊ正X負(fù)UXt掃描電壓總結(jié)：若

XXˊ

所加的電壓為特定的周期性變化電壓，則亮斑在水平方向來(lái)回運(yùn)動(dòng)一一掃描，如果掃描電壓變化很快，亮斑看起來(lái)為一條水平的亮線。示波器圖象OXˊXYYˊ由于視覺暫留和熒光物質(zhì)的殊光特性，形成穩(wěn)定且水平的亮線勻速的、持續(xù)的掃描思考與討論6：如果在YYˊ之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)在

XXˊ之間加鋸齒形掃描電壓，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？ABCDFABCt1DEFt2XˊXYYˊtOUYUXOtABCDEEFt2t1t2t1想一想看到一個(gè)余弦函數(shù)圖像

如果信號(hào)電壓是周期性的，并且掃描電壓與信號(hào)電壓的周期相同，就可以在熒光屏上得到待測(cè)信號(hào)在一個(gè)周期內(nèi)隨時(shí)間變化的穩(wěn)定圖象。示波器圖象tOUYUXOtXˊXYYˊ示波管的原理

怎樣在熒光屏上顯示信號(hào)電壓的正弦波形？思考與討論1、

如果在電極XX’之間加不變電壓，使X的電勢(shì)比X’高(X正X’負(fù))，而在YY’之間加不變電壓，使Y的電勢(shì)比Y’高(Y正Y’負(fù))，電子將打在熒光屏的什么位置？-+XˊXˊXXYYˊYˊY電子槍偏轉(zhuǎn)電極熒光屏亮斑在第一象限思考與討論2、如果在YY’之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)在XX’之間加不變電壓，使X的電勢(shì)比X’高(X正X’負(fù))，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？看到一條平行于Y軸的亮線XˊXYYˊUYtO思考與討論3、如果在YY’之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)在XX’之間加不變電壓，使X’的電勢(shì)比X高(X’正X負(fù))，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？看到一條平行于Y軸的亮線XˊXYYˊUYtO思考與討論

如圖所示的示波管，如果在YY’之間加如圖所示的交變電壓，同時(shí)在XX’之間加如圖所示的鋸齒形電壓，使X的電勢(shì)比X’高，在熒光屏上會(huì)看到什么圖形？UxtOt1t2UYtOt1t2XYO0<t<t1t1<t<t2你知道老式的電視機(jī)熒光屏后面藏的是什么嗎？電子槍發(fā)射出的電子打在熒光屏上，使屏幕發(fā)光。要想使整個(gè)屏幕發(fā)光，電子應(yīng)做何種運(yùn)動(dòng)？根據(jù)力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，想一想偏轉(zhuǎn)電壓應(yīng)符合什么條件？議一議(1)電子、質(zhì)子、α粒子等帶電粒子在電場(chǎng)中受到的靜電力一般遠(yuǎn)大于重力，因而通常情況下，重力可以忽略不計(jì)。 (

)(2)帶電粒子(不計(jì)重力)在電場(chǎng)中由靜止釋放時(shí)，一定做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。 (

)(3)對(duì)帶電粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，從受力的角度來(lái)看，遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律；從做功的角度來(lái)看，遵循能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律。(

)(4)對(duì)于帶電粒子(不計(jì)重力)在電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)可分解為沿初速度方向的勻速直線和沿電場(chǎng)線方向的自由落體運(yùn)動(dòng)。 (

)(5)示波管偏轉(zhuǎn)電極不加電壓時(shí)，從電子槍射出的電子將沿直線運(yùn)動(dòng)，射到熒光屏中心點(diǎn)形成一個(gè)亮斑。(

)√×

√×

√判一判BAC密立根實(shí)驗(yàn)——電子電荷量的測(cè)定

密立根并沒有直接測(cè)量電子的電荷量，而是測(cè)定很小的帶電油滴所帶的電荷量。一個(gè)帶電的油滴在勻強(qiáng)電場(chǎng)中所受的靜電力是一定的。如圖1.9-8，設(shè)法使油滴帶負(fù)電，它所受靜電力的方向向上。如果油滴剛好懸浮在空中，那么它受到的靜電力的大小正好與油滴所受的重力相等，由此可以測(cè)定油滴所帶的電荷量。

在19世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)電子以后，美國(guó)物理學(xué)家密立根多年間進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，比較準(zhǔn)確地測(cè)定了電子的電荷量。+++++++-------qEmg現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)測(cè)出的電子電荷量是e=1.60217733×10-19C范德格拉夫靜電加速器

當(dāng)電刷E與幾萬(wàn)伏的直流高壓電源的正極接通時(shí)，E與大地之間就有幾萬(wàn)伏的電勢(shì)差。由于尖端放電，正電荷被噴射到傳送帶上，并被傳送帶帶著向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)正電荷到達(dá)電刷F附近時(shí)，F(xiàn)上被感應(yīng)出異號(hào)電荷。由于尖端放電，F(xiàn)上的負(fù)電荷與傳送帶上的正電荷中和，從而使傳送帶失去電荷，而F上剩下了正電荷。由于導(dǎo)體帶電電荷只能存在于外表面，所以F上的正電荷立即傳到金屬殼的外表面。這樣，由于傳送帶的運(yùn)送，正電荷不斷從直流電源傳到球殼的外表面，從而在金屬殼與大地之間形成高電壓。

圖1.9-9是起電機(jī)部分的示意圖。金屬球殼固定在絕緣支柱頂端，絕緣材料制成的傳送帶套在兩個(gè)轉(zhuǎn)輪上，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。E和F是兩排金屬針(稱做電刷)。典例分析03【例題】如圖所示的示波管，當(dāng)兩偏轉(zhuǎn)電極XX′、YY′電壓為零時(shí)，電子槍發(fā)射的電子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后會(huì)打在熒光屏上的正中間(圖示坐標(biāo)的O點(diǎn)，其中x軸與XX′電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向重合，x軸正方向垂直于紙面向里，y軸與YY′電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度方向重合)。若要電子打在圖示坐標(biāo)的第Ⅲ象限，則(

)A．X、Y極接電源的正極，X′、Y′接電源的負(fù)極B．X、Y′極接電源的正極，X′、Y接電源的負(fù)極C．X′、Y極接電源的正極，X、Y′接電源的負(fù)極D．X′、Y′極接電源的正極，X、Y接電源的負(fù)極D小試牛刀【例題】（多選）如圖是示波管的原理圖。給電子槍通電后，如果在偏轉(zhuǎn)電極XX′和YY′上都沒有加電壓，電子束將打在熒光屏的中心O點(diǎn)，在那里產(chǎn)生一個(gè)亮斑。下列說(shuō)法正確的是(

)A．要想讓亮斑沿OY向上移動(dòng)，需在偏轉(zhuǎn)電極YY′上加電壓