高中物理第一章电场1.6示波器的奥秘知识导学案粤教版选修3-1

第六节示波器的奥秘
问题探究
示波器有什么样的奥秘能够将“电信号”转换为“光信号”,从而在荧光屏上直观地显示信号的强弱?
自学导引
1.常用电子示波器的内部核心部件是示波管,示波管由_____________、_____________和_____________组成.
答案:电子枪偏转电极荧光屏
2.若要调节荧光屏上亮斑的亮度,需要调节_____________、_____________等;若要上下移动荧光屏上的亮斑或图线,则应调节_____________;若要左右移动荧光屏上亮点或图线,则应调节_________________;若改变图线在水平方向上的范围,则应调节_____________;若改变图线在竖直方向上的范围,则应调节_____________.
答案:辉度旋钮聚焦调节旋钮垂直位移旋钮水平位移旋钮X增益旋钮
Y增益旋钮
3.示波器并不神秘,它的基本原理是带电粒子在电场中的_____________和____________.
答案:加速偏转
疑难剖析
示波器面板和操作方法
【例1】如图1-6-1所示为示波器面板,屏上显示的是一亮度较低、线条较粗且模糊不清的波形.
图1-6-1
(1)若要增大显示波形的亮度,应调节______________旋钮;
(2)若要使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.
解析:(1)逆时针旋转辉度旋钮时,可降低屏上亮斑亮度;顺时针旋转辉度旋钮,可增强屏上亮斑的亮度.现要求调亮该波形线条,则应该顺时针旋转辉度旋钮.
(2)旋转聚焦旋钮和辅助聚焦旋钮,二者配合使用可调节亮斑达到最小,图线线条清晰.
(3)旋转垂直位移旋钮可调节亮斑的上下位置,旋转水平位移旋钮可调节亮斑左右位置.因此要将波形曲线调至中央,则要调节垂直位移旋钮和水平位移旋钮.
答案:(1)辉度(2)聚焦(3)垂直位移水平位移
正确运用动力学方法和功能关系解决带电粒子的加速和偏转问题
【例2】如图162所示，离子发生器发射出一束质量为m、电荷量为q的离子，从静止经加
速电压U 1加速后，获得速度v 0，并沿垂直于电场线方向射入两平行板中央，受偏转电压U 2作用后，以速度v 离开电场.已知平行板长为l ，两板间距离为d ，求：
图1-6-2
（1）v 0的大小；
（2）离子在偏转电场中运动的时间t ；
（3）离子在偏转电场中受到的电场力的大小F ；
（4）离子在偏转电场中的加速度；
（5）离子在离开偏转电场时的横向速度v y ；
（6）离子在离开偏转电场时的速度v 的大小；
（7）离子在离开偏转电场时的横向偏移量y ；
（8）离子离开电场时的偏转角θ的正切值t a n θ.
解析：（1）不管加速电场是不是匀强电场，W =qU 都适用，所以由动能定理得： 20121mv qU =所以m qU v 102=. （2）由于偏转电场是匀强电场，所以离子的运动类似平抛运动.
即水平方向做速度为v 0的匀速运动；竖直方向做初速度为零的匀加速直线运动. 在水平方向1
02qU m l v l t ==. （3）d qU qE F d
U E 22
===. （4）md
qU m F a 2==. （5）12
1222mU q d
l U qU m l md qU at v y =•==. （6）1
22222
1222024U md U ql U qd v v v y +=+=. （7）1
221222422121dU U l qU m l md qU at y =•==（和带电粒子q 、m 无关，只取决于加速电场和偏转电场）.
（8）1
21120222tan dU lU qU m mU q d l U v v y
=•==θ（和带电粒子q 、m 无关，只取决于加
速电压和偏转电压).
温馨提示：该题只需要分清带电粒子在电场中的类型，是加速或者偏转，运用类平抛运动的知识进行分解.
拓展迁移
根据物理学动力学知识可知,物体的运动性质由其受力情况与运动初状态之间的关系决定.当物体所受到恒定的合外力与运动速度方向不共线时,则物体做匀变速曲线运动.此时可以将该曲线运动分解处理.而各方向上的分运动性质仅决定于各分运动方向上的力与速度之间的关系,因此匀变速曲线运动的各分运动之间在运动性质上互不影响,我们称之为运动具有独立性.
示波管是示波器的核心部件,它由电子枪、偏转电极、荧光屏等组成.如图163所示,在示波管内部垂直地安装了两对电极,它们使通过其中的电子在水平方向、竖直方向分别发生偏转.在示波管的荧光屏上以荧光屏的中心为坐标原点,建立直角坐标系XOY.试根据运动的独立性规律思考:为了使电子枪射出的电子束在坐标系第Ⅰ象限内P点产生亮斑,那么示波管中的两对电极将应该加怎样的极性（）
①极板X应带正电②极板X′应带正电
③极板Y应带正电④极板Y′应带正电
A.①③
B.①②
C.②③
D.③④
图1-6-3
解析:电子在偏转电极区外做直线运动,在偏转电极区内做匀变速曲线运动.运用运动分解的方法处理电子在偏转电极区内所做的匀变速曲线运动.电子在分运动方向上所做的运动相互独立.为了使电子能到达荧光屏上第Ⅰ象限内,除沿中心线的运动外,电子水平方向还应向X 方向发生偏转,因此在电极XX′上应加由X到X′的电场,此时极板X带正电;为了使电子在竖直方向上沿Y方向发生偏转,在电极YY′上应加由Y到Y′的电场,此时Y极板带正电.答案:A。