李常明

(湖南省鳳凰縣高級(jí)中學(xué)，湖南　鳳凰　416200)

數(shù)理結(jié)合巧破示波器顯示波形原理的教學(xué)難點(diǎn)

李常明

(湖南省鳳凰縣高級(jí)中學(xué)，湖南鳳凰416200)

摘要：在示波器顯示波形原理的教學(xué)中，針對(duì)常規(guī)方法不易被學(xué)生理解的不足之處，充分利用高中生善于從數(shù)學(xué)函數(shù)的角度理解物理問(wèn)題的長(zhǎng)處，本文通過(guò)數(shù)理結(jié)合，有效突破了這一教學(xué)難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：數(shù)理結(jié)合；示波器；波形顯示原理

示波器一般用來(lái)顯示電壓隨時(shí)間變化的關(guān)系，Y方向輸入信號(hào)電壓，X方向接內(nèi)置的鋸齒波電壓，當(dāng)Y方向的信號(hào)電壓頻率fy與X方向上的鋸齒波電壓頻率fx滿足fy=kfx(k為整數(shù))時(shí)，熒光屏上為何會(huì)顯示k個(gè)完整穩(wěn)定的波形？關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，常規(guī)的教學(xué)方法是用運(yùn)動(dòng)的分解與合成給學(xué)生解釋?zhuān)M管教師多次重復(fù)也未能達(dá)到預(yù)期的效果．筆者在運(yùn)動(dòng)合成與分解的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)學(xué)函數(shù)的理論推導(dǎo)，借用電視顯示畫(huà)面的原理，根據(jù)人眼視覺(jué)暫留的特性，類(lèi)比頻閃照片的疊加原理，輕松而有效地突破了這一重、難點(diǎn)．

圖1

示波器的核心元件是示波管，示波管結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示.真空室中陰極K逸出初速度可忽略不計(jì)的電子，經(jīng)電壓U加速后，由小孔S沿正對(duì)且相互靠近的水平金屬極板A、B和豎直金屬板C、D間的中心線依次通過(guò)兩對(duì)平行金屬板間，A、B金屬板間距為dy，長(zhǎng)為ly，右端距屏幕Ly；C、D金屬板間距為dx，長(zhǎng)為lx，右端距屏幕Lx，金屬板的面積足夠大，在兩板加上電壓時(shí)，兩板間的電場(chǎng)可視為全部集中在兩板之間，且均勻分布．電子質(zhì)量為m，電量為e，不計(jì)電子之間的相互作用．

圖2

圖4

當(dāng)k為整數(shù)時(shí)，Tx=kTy(即fy=kfx)，每次從Uy-t圖截取區(qū)間長(zhǎng)度相同，截取的正弦波形形狀也一樣，而且剛好為k個(gè)正弦波，即N幀畫(huà)面完全一樣，在熒光屏上疊加就只看到k個(gè)穩(wěn)定的正弦波波形圖．

圖5

如果Tx不是Ty的整數(shù)倍，則每次從Uy-t圖依次截取區(qū)間長(zhǎng)度相同，但是截取的正弦波的圖形不一樣，即N幀畫(huà)面不一樣，在熒光屏上均被拉伸為左右寬為2Axm、上下高為2Aym的波形疊加，就沒(méi)有穩(wěn)定的波形圖，比如：Tx=kTy，當(dāng)k比2略小，每次從Uy-t圖截取到熒光屏上的長(zhǎng)度比2個(gè)完整的正弦波略短，N幀畫(huà)面疊加之后則如圖5所示，從左到右由暗到亮，暗的逐漸消失，亮的從右邊繼續(xù)出現(xiàn)，看起來(lái)就像2個(gè)正弦波形在向右緩慢地移動(dòng)；反之k比2略大，同樣方法可得，看起來(lái)就像2個(gè)正弦波形在向左緩慢地移動(dòng)．

參考文獻(xiàn)：

[1] 張磊.淺談示波器實(shí)驗(yàn)的教學(xué)[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2008，(3).

[2] 楊聯(lián)春.“示波器使用”教改初探[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2000，(1).