1.6 示波器的奥秘(第2课时)

1.6 示波器的奥秘（第２课时）
姓名高二班学号
备课教师：
总第课时上课时间月日星期
课型：新授课
【教学目标】
知道示波管的主要构造和工作原理。

【教学重点】
示波管的主要构造、工作原理。

【教学难点】
带电粒子在电场中的偏转问题及应用。

【教学过程】
引入：带电粒子在电场中加速和偏转的一个实际应用——示波器
阴极射线示波器(以下简称示波器)是利用示波管内电子束在电场(或磁场)中的偏转，来反映电压的瞬变过程，显示随时间变化电信号的一种电子仪器。

自1931年美国研制出第一台示波器至今已有70多年。

它在各个研究领域都获得了广泛的应用，示波器本身也发展成多种类型，例如慢扫描示波器、各种频率范围的示波器、取样示波器、记忆示波器、数字示波器等。

示波器已成为科学研究、实验教学、医药卫生、电工电子和仪器仪表等各个研究领域和行业最常用的仪器。

知识点一、示波管的主要构造和工作原理
示波器的核心部件是示波管，示波管是一种阴极射线管，主要由三部分组成。

（1）构造：示波管是示波器的核心部件，外部是一个抽成真空的玻璃壳，内部主要由电子枪(发射电子的灯丝、加速电极组成)、偏转电极(由一对X偏转电极板和一对Y偏转电极板组成)和荧光屏组成，如下图所示．
(2)原理
①扫描电压：XX ′偏转电极接入的是由仪器自身产生的锯齿形电压．
②灯丝被电源加热后，出现热电子发射，发射出来的电子经加速电场加速后，以很大的速度进入偏转电场，如在Y 偏转板上加一个信号电压，在X 偏转板上加一扫描电压，在荧光屏上就会出现按Y 偏转电压规律变化的可视图象．
探究交流
当示波管的偏转电极没有加电压时，电子束将打在荧光屏什么位置？
【提示】 偏转电极不加电压，电子束沿直线运动，打在荧光屏中心，形成一个亮斑.
知识点二、有关示波器及应用的进一步了解
1.示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像，显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。

它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。

示波器由示波管和电源系统、同步系统、X 轴偏转系统、Y 轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。

偏转系统控制电子射线方向，使荧光屏上的光点随外加信号的变化描绘出被测信号的波形。

Y1、Y2和Xl 、X2两对互相垂直的偏转板组成偏转系统。

Y 轴偏转板在前，X 轴偏转板在后，因此Y 轴灵敏度高(被测信号经处理后加到Y 轴)。

两对偏转板分别加上电压，使两对偏转板间各自形成电场，分别控制电子束在垂直方向和水平方向偏转。

2.信息系统在军事领域最主要的体现就是高可靠数字设备的研究和开发，这就需要选择一个好的系统开发、调试助手，满足军事领域对精确性、正确性、安全性等方面的要求。

这就让数字示波器、函数/任意波形发生器、数字万用表等测量仪器在军事领域的微波、无线电、卫星通讯等信号干扰阻断方面的应用之日渐加深。

现代战争已经发展成为信息技术的战争。

例如电子对抗技术，它在对付高空侦察飞机和干扰防空导弹制导系统方面已成为有效的战争手段，而这项技术不断升级的前提就是研发出可以准确扫描，清晰观察到细节信号的电子对抗系统。

对于军用示波器的各方面的性能,要求从技术上保证显示信号的完整性、真实性，可靠性。

随着我国新体制电子信息系统和新式武器装备的发展，占领和利用有限的频谱资源已经成为高新技术发展和军事电子技术及装备发展的一个重要特点，其中充分利用频谱资源中的电磁波幅度、频率、相位和极化信息是现代电子装备的核心特点。

这让现代电子装备的发展急需能同时获得被测对象的幅度、相位和群时延特性的高性能数字示波器。

特别是雷达相控阵列技术的普遍应用，对相位和群时延特性的测试要求越来越高，使得数字示波器成为现代电子装备必备的、关键的测试设备，是其他测试设备无法取代的重要检测手段。

例1. 如图所示，水平放置两平行金属板长为L ，间距为d ，板间电压为U ，一束电子以相同的动能E
K 平行于金属板射入电场中，欲使所有电子（电量为
e ）都不从板间飞出，则两板间电压U 至少为（ ）
A. 224eL E d K
B. 2
4eL dE K
C. 222eL E d K
D. 22eL dE K
针对训练1. 如图所示 ，平行金属板长为L ，一个带电为+q ，
质量为m 的粒子以初速度v 0紧贴上板垂直射入电场，刚好从下板
边缘射出，末速度恰与下板成30O 角，粒子重力不计。

求：
（1）粒子末速度大小.
（2）电场强度.
（3）两极间距离d.
解答：已知带电粒子从偏转板出来的情况（该题知偏转角300），推导飞出前的未知量，
属于逆向推导，可以由正向推导，得出表达式后，再移项求出未知量。

（1）粒子末速度33230
cos 000v v v == （2）（先正向推导）平行极板方向：L=v 0t 偏转角
300：20
003330tan mv qEL v at v v x y ==== 移项得：qL
mv E 2033= （3）垂直极板方向偏移量得两极间距离：L v L m qE at y d 6
321212022==== 利用速度反向延长线交于平行板方向的位移的中点这一结论也可求解两极间距离：
L L d 6
330tan 20==
例2.如图所示，有一电子（初速为零、电量为e ）经电压U 1加速后，进入两块间距为d 、电压为U 2的平行金属板间，若电子从两板正中间垂直电场方向射入，且正好能穿过电场，求：（1）金属板的长度L ；（2）电子穿出电场时的动能E K 。

解析：（1）第一问属于逆向推导，正好能穿过电场，得d y 21=
电子在加速电场中加速，由动能定理得：212
1mv eU =
， 进入偏转电场后，平行偏转极板方向：L=vt 垂直偏转板方向偏移量：1
2
222224212121dU L U v L md eU at d y ====。

移项后可得金属板的长度：2
2
12U d U L = （2）带电粒子在电场中偏转，电场力做正功，带电粒子的偏移量y 就是沿电场力方向的位移，所以电场力做功为W=qEy.在偏转板中偏转的过程，由动能定理可
得
0k k E E y d
U q eEy -==。

该题可考虑带电粒子由静止开始加速再到偏转的全过程，应用动能定理得：
0)2
1(2121-=+=+k E U U e y d U e eU 所以电子穿出电场时的动能)2
1(21U U e E k +=。

针对训练2.如图所示，初动能为E 0的带电粒子，从平板金属板的P 点以垂直电场方向的初速度飞入电场，不计重力，飞出金属板时动能为2E 0。

若该粒子从P 点飞入时的初速度增大一倍，则飞出金属板时的动能E 为多大？
解析：带电粒子的偏移量y 就是沿电场力方向的位移，所
以电场力做功为qEy W =，由动能定理可得
0002E E E y d
U q eEy =-== 在平行于金属板的方向：t v l 0=。

在垂直于极板的方向：偏移量20
2
22121v l md qU at y ==，可见初速度增大一倍，偏移量y y 4
1'=， 电场力做功W W 41'=
，同时初动能变为04E ，同理：0044
141'E E E W W -===。

得带电粒子初速度增大一倍，飞出金属板时的动能为0417E E =
提示：对于带电粒子在电场中的加速和偏转问题，重要的是解决问题的思路和方法，不要死记公式。

【反思后记】
教研组检查时间 月 日 教研组长检查签名 学部抽查时间 月 日 学部抽查签名。