黃福松

(武漢市新洲區(qū)第四中學 湖北 武漢 430404)

示波管的原理和示波器的操作，歷來被中學教學視為兩大難題，此前大綱版教材對此也是一籌莫展，于是題海戰(zhàn)術普遍存在，但卻幾乎沒有絲毫的收效．師生都花了大量的時間也無濟于事，于是怨聲、指責聲、批評聲一片．但都不外乎是對其內容的難度和合理性的質疑．可是,以筆者之見，問題不在于其內容的難度和合理性，而在于教材的安排邏輯順序和內容的呈現(xiàn)方式以及教師的教學掌控技巧上．

結合筆者的教學實踐和理解，談一點不成熟的看法、做法和建議與同行共商．

1 教材的陳述

現(xiàn)行普通高中課程標準實驗教科書《物理·選修3-1)》(以下簡稱“教材”)第一章靜電場第九節(jié)“帶電粒子在電場中的運動”，陳述“示波管原理”的方式是：在前述例1、例2基礎上，給出示波管原理圖(如圖1)講述示波管的簡單結構；電子槍發(fā)射電子的機理；在XX′、YY′之間都沒有加電壓，電子束打在熒光屏中心．接著通過“思考與討論”的方式，提出在XX′之間、在YY′之間一組不加電壓，另一組加不變電壓，電子束受到哪個方向的作用力？電子將打在什么位置？試著在圖1(b)中標出來；接著又提出：在XX′之間不加電壓，在YY′之間加按圖2(a)所示規(guī)律變化的電壓；在YY′之間仍然加圖2(a)所示電壓，而在XX′之間加不變電壓；在YY′之間仍然加圖2(a)所示電壓，而在XX′之間加圖2(b)所示電壓，分別在熒光屏上看到什么圖形？并試著作出在熒光屏上放大的圖形．這似乎也是在引導學生探究示波管原理．

圖1 示波管原理圖

圖2

但教材按上述方式呈現(xiàn)，無法讓學生理解示波管原理．

2 教材編寫者的疏忽

教材的落腳點還是最后在YY′之間加圖2(a)所示正弦波形電壓，而在XX′之間加圖2(b)所示電壓(實際上是圖3中的鋸齒形電壓)，不說學生分析不出正弦波形圖，就是用有關儀器(示波器)實驗得到正弦波形圖，他們也無法理解其緣由．在此之前的大綱版教材已經證實了這一點．

圖3 鋸齒形電壓

這里造成學生理解障礙有如下幾個方面的原因．

(1)教材設計前后邏輯體系顛倒造成障礙

學生要正確理解此正弦波形圖，在他們還沒學習振動和波的知識之前是難以做到的．而振動和波的知識要到對應《教材3-4》中才學到．

(2)教材的分析粗糙造成的障礙

教材最后只是說：“示波管的YY′偏轉電極上加的是待顯示的信號電壓．這個電壓是周期性的，XX′偏轉電極通常接入儀器自身的鋸齒形電壓(圖3)，叫做掃描電壓．如果信號電壓是周期性的，并且掃描電壓與信號電壓的周期相同，就可以在熒光屏上得到待測信號在一個周期內隨時間變化的穩(wěn)定圖像了”

以上陳述，即使學生用示波器實驗做出了正弦波形圖，他們還是不能理解．學生不禁要問：為什么掃描電壓與信號電壓的周期相同，就可以在熒光屏上得到信號在一個周期內隨時間變化的穩(wěn)定圖像？信號電壓和掃描電壓各起什么作用？為什么只在YY′之間加圖2(a)所示信號電壓，在XX′之間不加電壓得不到正弦波形圖呢？

其實，在此之前的大綱版教材正是這樣安排教學的，學生都難以理解，更何況教材邏輯體系有些顛倒，學生就更困難了．

3 教材章節(jié)邏輯順序調整建議

方案一：選修3重新按如下排列.

3-1動量守恒定律、機械振動、機械波

3-2靜電場、恒定電流、磁場

3-3電磁感應、交變電流、傳感器

3-4光、波粒二象性、電磁波、相對論簡介、原子結構、原子核

3-5分子動理論、氣體、固體、液體和物態(tài)變化、熱力學定律

這樣，學生的學習過程中必備的舊知識準備就較為充分，前后的邏輯較為連貫，有助于構建學生的知識體系和認知體系．

方案二：選修3部分調整

將“示波管(器)”單列一節(jié)并放入“傳感器”一章后面，而新的“傳感器”一章放在現(xiàn)行《教材3-4》“電磁波”一章之后．這樣，至少學生對示波管原理的理解也就有了基礎了．

4 教學處理建議

或許馬上有人說，方案一的體系就有點像前一版大綱教材了．可大綱教材教學中學生還是理解不了示波管(器)了，學生對示波管原理、示波器的操作，仍然是云里霧里．結合筆者的教學實踐和理解，談一談有關處理的做法和建議．

(1)教師靈活處理教材

在現(xiàn)有教材體系下，教師教學中可將“示波管”一段教材單列出專題放在《物理·選修3-4》電磁波一章之后．

(2)示波管原理的教學處理方案

先基本按《物理·選修3-1》方式呈現(xiàn)，但在“思考與討論”中可改成學生實驗(由于篇幅所限，有關學生實驗細節(jié)請參看以前人教大綱版對應高中物理教材有關部分)．

5 示波管原理

屏上正弦波形圖是示波管內電子槍發(fā)射出的電子在豎直放置的水平方向偏轉極板XX′和水平放置的豎直方向偏轉極板YY′(如圖1)共同作用下打在屏上發(fā)光的結果．

設開始調節(jié)時亮斑在屏上正中央．電子槍連續(xù)不斷地發(fā)射的電子，好比機槍里連續(xù)不斷地發(fā)射的子彈，電子(相當于“子彈”)在XX′和YY′兩組極板電壓作用下同時參與水平方向和豎直方向的運動：

水平方向：極板XX′所加電壓為圖2(b)所示電壓(實際上為圖3掃描電壓)；豎直方向：極板YY′所加電壓為圖2(b)所示電壓；此二圖中O，A，B，C，t1，D，E，F(xiàn)，t2各點(相鄰兩點之間的距離相等)對應的時刻分別記為t0，tA，tB，…，t2，以此二圖為例，作出各個時刻射入電場區(qū)的電子在屏上的波形圖(也即極板XX′所加電壓為圖3掃描電壓；極板YY′所加電壓為圖2(a)所示電壓，屏上得到的波形圖)如圖4所示．

圖4 屏上顯示的波形

以此類推，t0，tA，tB，tC，各時刻進入電場區(qū)的電子，x方向運動位移為負值，y方向上運動位移為正值；tD，tE，tF，t2各時刻進入電場區(qū)的電子，y方向運動位移為正值，y方向上運動位移為負值．t0，tA，tB，tC，t1，tD，tE，tF，t2各時刻進入電場區(qū)的電子分別打在圖4中的O，A′，B′，C′，t1′，D′，E′，F(xiàn)′，t2′各點上．其實，全過程中每個時刻進入電場區(qū)的電子都類似于他們分別參與水平與豎直兩個分方向的運動，都能打在屏上相應的點，組成屏上的正弦波形圖．

在圖2(b)中分別過A，B，C，D，E，F(xiàn)，t各點作t軸的垂線分別交電壓(斜)線于H，I，J，K，L，M，N，電壓線與Ux軸交點為G．對圖2(b)及圖4，由幾何關系可證：

t1G∶t1H∶t1I∶t1J=t1O∶t1A∶t1B∶t1C

而

所以圖4中A′，B′，C′，D′，E′，F(xiàn)′各點在x軸上投影(含交點)O，A″，B″，C″，t1′，D″，E″，F(xiàn)″，t2′等各點每相鄰兩點之間的距離是相等的．所以，此“波”為規(guī)則的正弦波形了，就像正弦波水平方向勻速傳播，豎直方向“質點”按正弦規(guī)律振動．

這樣，學生不但對示波管的原理有一個十分清晰的理解，而且對示波器的操作也能熟練掌握．

值得一提的是，此前人教大綱版教材示波器的操作曾經受到過一些指責和批評．當然，當時受教材、教學設備和師資等方面的限制，教學中的確有些困難，但該儀器的操作還是很有必要且實際教學也是可行的，那就要看教材如何安排和呈現(xiàn)，教師如何掌控了．只要能夠做到切合學生的認知實際就行，只是事在人為罷了．

參考文獻

1 人民教育出版社課程教材研究所，物理課程教材研究開發(fā)中心.高中物理課程標準實驗教科書《物理·選修3-1》.北京：人民教育出版社，2006