偏转电极的电压与示波管图像关系的计算及分析

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图３ 周 期 为 Ｔ 的正 弦 电压 信 号
图 １ 示 波 管 结 构 图 及 相 关 参 数
在对示 波 管 的定 量研 究 中ｎ ］ ， 当在 水 平 偏转 电 极 ｘ ｘ 和 竖直 偏转 电极 ｙ ｙ 上 分别 加如 图 ２ ， ３ 所
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图４ 正 弦 式 波 形 图
ｙ ｙ 上 的 电压 随 时 间变化 的 图形 ． 其 言 外之 意 就是
无论 加在 ｙ ｙ 上 的 电压 随时 间是如 何变 化 的 ， 都 可 呈 现 出 来 ．不 少 学 生 对 此 似 懂 非 懂 ， 同 时 由 于 教
２ 示 波 管 图 像 的 定 量 计 算 与 分 析 实 际上 ， 造 成 以上 困扰 的核 心就 在 于荧 光 屏上
电子 离开 电极 ｙ。 ｙ ， 依 次进 入空 间 ｚ ， 水平 偏转
电极 Ｘ。 Ｘ。 和 自由空 间 Ｌ， 竖直方 向发 生 的位移 分别
不难 看 出 ， 亮 斑 的坐 标 ｚ与 Ｙ确 实 是 成正 弦 式 关系 ， 故而 图像 为正 弦式 图线． ２ ． ４ 示波 器图像 形成 的定 性分 析及 启 示 由式 （ １ ） 、 （ ２ ）可得 ， 当偏 转 电极 的 长度 Ｚ ， ｚ 。 及
学 进度 和 考试 要 求 等 因素 ， 教 师一 般 也不 会 在 该处
亮 斑 的坐 标 （ ， Ｙ） 为 什 么 是 这 样 的关 系 ． 下面 ， 在
＊ 泰州市教育科学“ 十 二 五 ”规划 ２ ０ １ ５年 度 课 题 “ 泰 州 市 姜 堰 区 高 中 生 的科 学 素 养 的 调 查 与 研 究 ”阶段 研 究 成 果 ， 项 目编号 ： ＴＺ Ｊ ＫＳ
２ ０ １ ７年 第 ４ 期
物 理通报
中 学 物 理 教 学
偏 转 电极 的 电压 与 示 波 管 图像 关 系 的计 算 及 分 析
曹 猛 黄 开 智
（ 江 苏 省姜 堰第 二 中 学 江 苏 泰 州 ２ ２ ５ ５ ０ ０ ）
（ 收 稿 日期 ： ２ ０ １ ６ 一Ｏ ９— ２ ９ ）
ＹＢＬＸ２ ０１ ５ ２ ３ ９
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２ ０ １ ７年 第 ４期
物 理 通 报 整 理 后 有
中 学物 理 教 学
图２ 及 图 ３的电压信 号下 （ 分析 一个周 期 Ｔ ） ， 来 推算
亮 斑 的坐标 与 Ｙ之 间到底 有怎样 的关 系． 相 关参 数 已在 图 １中呈 现 ， Ｕ。 表示 直 线 加速 电 压， 【 ， 表 示水 平偏转 电压 ， Ｕ 表示竖 直偏 转 电压 ， 和 ｚ 。 分别 表示竖 直 和水平偏 转 电极 的长度 ， ｄ 和 ｄ 。 分别 表示 竖直 和水 平 偏转 电极 极 板 间距 ， 考 虑 到 实 际情 况 ， 竖直 偏转 电极 ｙ ｙ 。和水 平偏 转 电极 Ｘ Ｘ。 之 间 的距离 为 ｚ ， Ｘ ｘ 电极 到荧 光屏 的距 离为 Ｌ， 电
子在 电极 ｙ ｙ 发 生 的偏 转 位移 为 Ｙ ， 有
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联立 式 （ ３ ）中的两式 ， 将时 间 ｔ 消除， 故 而有
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子质 量 为 ｍ， 电荷 量为 ｅ ． ２ ． １ 电 子 在 竖 直 方 向 的 位 置 坐 标
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（ ２ ）
２ ． ３
与 Ｙ 的 关 系式
鉴 于
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将其 代入 ｚ， Ｙ坐 标关 系式 中 ， 可得
电子 经 过直 线 加 速 电场 后 ， 获 得 的速 度 为 。 ，
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其 中 Ｖ Ｏ 一 √ ， 此 后 进 入 竖 直 偏 转 电 极 ｙ ｙ ． 电
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示 的周期 性 电压 时 ， 示 波器 显 示 的图 形便 如 图 ４所 示 的正 弦波形 图． 对此 ， 教材 只是 通过 一句 话进 行 了 说明： 当加在 Ｘ Ｘ 的电压 为 图 ２的周期 性 电压 时 ， 则亮 斑将 在荧 光屏 的平 面 内运 动 ， 它 可 显 示 出 加在
示为 示波 管 的构造 图．
作 过多 的解 释和 说 明 ， 这 便 导 致 学 生 难 以 理 解 示 波 器 呈现 的 图形 ， 有 囫囵吞枣 ， 一带 而过 之嫌 ．
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图２ 周 期 为 Ｔ 的 电压 信 号
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１ 示 波管 的结构 及 其工作 原理 示波 管实 质 上 是 一个 阴极 射线 管 ， 主要 由 ３部 分组 成 ， 分别是 电子枪 、 偏 转 电极 和 荧 光屏 ． 与此 同 时， 电子 在 阴极 射线 管 中的运 动可 分 为 ３个 阶段 ， 分 别是 电子 在 电场 中直 线加 速 、 电子 在 匀强 电场 中偏 转和 电子 飞 出平行 金 属板 的匀 速 直 线 运 动． 图 １所
摘
要： 在 科 教 版 物理 教材 选 修 ３ — １ 第一章第五节 中， 提到了示波管原理 ， 并 定 性 给 出 了偏 转 电极 的 电压 和 示
波 管呈 现 的 图 线 之 间 的 关 系 ， 逻 辑 推 理 上 略显 不 足 ， 除此之 外 ， 在课后 的发展 空间版块 也略显 薄弱． 文 章 通 过 预 设 示 波 管偏 转 电 极 的 电 压 变 化 情 况 ， 定 量 计 算 了示 波 管显 示 的 图像 ， 并 在 此 基 础 上 解 释 和 延 伸 了教 材 的结 论 ． 关键词 ： 示 波 管 偏 转 电 极 带 电粒 子