巧妙理解示波器的原理

◇　河北　胡晓丽

巧妙理解示波器的原理

◇河北胡晓丽

在教材中对示波器原理的解释比较简单,特别是扫描电压的形式学生理解不透，下面就通过一道习题详细地解释一下示波器的原理.

题目如图1所示,热电子由阴极飞出时的初速度忽略不计,电子发射装置的加速电压为U0．电容器板长和板间距离均为L=10 cm,下极板接地．电容器右端到荧光屏的距离也是L=10 cm．在电容器两极板间接一交变电压,上极板的电势随时间变化的图象如图2所示(每个电子穿过平行板的时间极短,可以认为电压是不变的)．求:(1)在t=0.06 s时刻,电子打在荧光屏上的何处? (2)荧光屏上电子打到的区间有多长? (3)屏上的亮点如何移动?

图1　　　　　　　　　　图2

电子在偏转电场中,尽管电压在均匀增大,由于每个电子穿过平行板的时间极短,可认为电压是不变的,电子打在屏上位置是均匀变化的,即光点匀速运动．若偏转电压的频率够大,因为视觉暂留和荧光物质的残留特性,我们会看到一条稳定的亮线,这就是示波器中的扫描电压(不考虑电压峰值过大使电子打到极板上的情况).

图3

在理解示波器显示的波形时,学生很容易与用砂摆得到振动图象的方法相比较,而陷入寻找扫描电压的困惑,用砂摆得到振动图象的方法是：给出一垂直振动方向匀速运动的参考系使振动的砂摆在二维空间中描下印迹;而示波器是让电子参与2种运动在荧光屏留下点迹,大量电子依次留下点迹,由于视觉暂留和荧光物质的残留特性,使人们看到了信号电压随时间变化的图线．还要注意一个重要的近似:每个电子穿过平行板的时间极短,可以认为电压是不变的．

(作者单位：河北省承德县第一中学)