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(共33张PPT)
第九章 静电场及其应用
专题 示波管的原理
目录
contents
示波器
01
02
示波管
03
典例分析
新课导入
Y
Y’
X
X’
-
+
-
-
+
-
若金属平行板水平放置，电子将在竖直方向发生偏转。
若金属平行板竖直放置，电子将在水平方向发生偏转。
偏转电极的不同放置方式
有一种实验器材，利用带电粒子在电场中偏转的规律，灵敏、直观地显示出电信号随时间变化的图线——示波器
示波器
01
示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束，打在涂有荧光物质的屏面上，就可产生细小的光点。示波器的核心部件是示波管。
在被测信号的作用下，电子束就好像一支笔的笔尖，可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。
是一种用来观察电信号随时间变化的电子仪器。
由电子枪、偏转电极和荧光屏组成，管内抽成真空。
1.示波器作用：
2.核心部件是示波管：
3.原理：
利用了带电粒子在电场中偏转的规律，灵敏、直观地显示出电信号随时间变化的图线。
电子枪部分：
偏转电极部分：
荧光屏部分：
发射出电子
使电子沿两方向偏转
电子使荧光物质受激而发光
示波管
02
加速电压
电子枪
偏转电极
亮斑
亮斑
荧光屏
电子枪
产生高速飞行的电子束
加速电压
两端加待显示的电压信号，使电子沿方向偏移。
锯齿形扫描电压，使电子沿方向偏移。
示波管的构造
信号电压：
扫描电压：
偏转电极上通常加的是自身产生的锯齿形电压。
示波器的 偏转电极上加的是待显示的电压。
思考与讨论1：如果在电极 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间也不加电压，电子将打在荧光屏的什么位置？
-
+
Xˊ
Xˊ
X
X
Y
Yˊ
Yˊ
Y
电子枪
偏转电极
荧光屏
想一想
电子做匀速直线运动。打在荧光屏的正中央
看到一个点（亮斑）
思考与讨论2：如果在电极 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间加不变电压，使Y 的电势比 Yˊ 高，电子将打在荧光屏的什么位置？
-
+
Xˊ
Xˊ
X
X
Y
Yˊ
Yˊ
Y
电子枪
偏转电极
荧光屏
想一想
电子沿Y方向向上偏移
Y正Yˊ负
思考与讨论3：如果在电极 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间加不变电压，使 Y ˊ 的电势比Y 高，电子将打在荧光屏的什么位置？
-
+
Xˊ
Xˊ
X
X
Y
Yˊ
Yˊ
Y
电子枪
偏转电极
荧光屏
想一想
思考与讨论4：如果在 XXˊ 之间不加电压，而在 YYˊ 之间加按图示的规律变化的电压，在荧光屏会看到的什么样的图形？
Xˊ
X
Y
Yˊ
UY
t
O
Yˊ 随信号电压同步变化（电压变化快，亮斑移动很），但由于视觉暂留和荧光物质的残光特性，亮斑的移动看起来就成了与Y轴重合的一条竖直亮线。
想一想
交变电压
-
+
Xˊ
Xˊ
X
X
Y
Yˊ
Yˊ
Y
电子枪
偏转电极
荧光屏
思考与讨论5：如果在电极 YYˊ 之间不加电压，而在 XXˊ 之间加不变电压，使 X 的电势比 Xˊ 高，电子将打在荧光屏的什么位置？
想一想
电子沿X方向向里偏移
X正Xˊ负
-
+
Xˊ
Xˊ
X
X
Y
Yˊ
Yˊ
Y
电子枪
偏转电极
荧光屏
思考与讨论6：如果在电极 YYˊ 之间不加电压，而在 XXˊ 之间加不变电压，使 X ˊ 的电势比 X 高，电子将打在荧光屏的什么位置？
想一想
电子沿X方向向外偏移
Xˊ正X负
UX
t
扫描电压
总结：若 XXˊ 所加的电压为特定的周期性变化电压，则亮斑在水平方向来回运动一一扫描，如果扫描电压变化很快，亮斑看起来为一条水平的亮线。
示波器图象
O
Xˊ
X
Y
Yˊ
由于视觉暂留和荧光物质的殊光特性，形成稳定且水平的亮线
匀速的、持续的扫描
思考与讨论6：如果在 YYˊ 之间加如图所示的交变电压，同时在 XXˊ 之间加锯齿形扫描电压，在荧光屏上会看到什么图形？
A
B
C
D
F
A
B
C
t1
D
E
F
t2
Xˊ
X
Y
Yˊ
t
O
UY
UX
O
t
A
B
C
D
E
E
F
t2
t1
t2
t1
想一想
看到一个余弦函数图像
如果信号电压是周期性的，并且扫描电压与信号电压的周期相同，就可以在荧光屏上得到待测信号在一个周期内随时间变化的稳定图象。
示波器图象
t
O
UY
UX
O
t
Xˊ
X
Y
Yˊ
示波管的原理
怎样在荧光屏上显示信号电压的正弦波形？
思考与讨论
1、 如果在电极XX’之间加不变电压，使X的电势比X ’高(X正X’负)，而在YY’之间加不变电压，使Y的电势比Y’高(Y正Y’负)，电子将打在荧光屏的什么位置？
-
+
Xˊ
Xˊ
X
X
Y
Yˊ
Yˊ
Y
电子枪
偏转电极
荧光屏
亮斑在第一象限
思考与讨论
2、如果在YY’之间加如图所示的交变电压，同时在XX’之间加不变电压，使X的电势比X ’高(X正X’负) ，在荧光屏上会看到什么图形？
看到一条平行于Y轴的亮线
Xˊ
X
Y
Yˊ
UY
t
O
思考与讨论
3、如果在YY’之间加如图所示的交变电压，同时在XX’之间加不变电压，使X ’的电势比X 高(X ’正X负) ，在荧光屏上会看到什么图形？
看到一条平行于Y轴的亮线
Xˊ
X
Y
Yˊ
UY
t
O
思考与讨论
如图所示的示波管，如果在YY’之间加如图所示的交变电压，同时在XX’之间加如图所示的锯齿形电压，使X的电势比X’高，在荧光屏上会看到什么图形？
Ux
t
O
t1
t2
UY
t
O
t1
t2
X
Y
O
0t1你知道老式的电视机荧光屏后面藏的是什么吗？
电子枪发射出的电子打在荧光屏上，使屏幕发光。
要想使整个屏幕发光，电子应做何种运动？
根据力与运动的关系，想一想偏转电压应符合什么条件？
议一议
(1)电子、质子、α粒子等带电粒子在电场中受到的静电力一般远大于重力，因而通常情况下，重力可以忽略不计。 (　　)
(2)带电粒子(不计重力)在电场中由静止释放时，一定做匀加速直线运动。 (　　)
(3)对带电粒子在电场中的运动，从受力的角度来看，遵循牛顿运动定律；从做功的角度来看，遵循能量的转化和守恒定律。 (　　)
(4)对于带电粒子(不计重力)在电场中的偏转可分解为沿初速度方向的匀速直线和沿电场线方向的自由落体运动。 (　　)
(5)示波管偏转电极不加电压时，从电子枪射出的电子将沿直线运动，射到荧光屏中心点形成一个亮斑。 (　　)
√　
×　
√　
×　
√　
判一判
B
AC
密立根实验——电子电荷量的测定
密立根并没有直接测量电子的电荷量，而是测定很小的带电油滴所带的电荷量。一个带电的油滴在匀强电场中所受的静电力是一定的。如图1.9-8，设法使油滴带负电，它所受静电力的方向向上。如果油滴刚好悬浮在空中，那么它受到的静电力的大小正好与油滴所受的重力相等，由此可以测定油滴所带的电荷量。
在19世纪末发现电子以后，美国物理学家密立根多年间进行了多次实验，比较准确地测定了电子的电荷量。
+ + + + + + +
- - - - - - -
qE
mg
现代实验测出的电子电荷量是e=1.60217733×10-19C
范德格拉夫静电加速器
当电刷E与几万伏的直流高压电源的正极接通时，E与大地之间就有几万伏的电势差。由于尖端放电，正电荷被喷射到传送带上，并被传送带带着向上运动。当正电荷到达电刷F附近时，F上被感应出异号电荷。由于尖端放电，F上的负电荷与传送带上的正电荷中和，从而使传送带失去电荷，而F上剩下了正电荷。由于导体带电电荷只能存在于外表面，所以F上的正电荷立即传到金属壳的外表面。这样，由于传送带的运送，正电荷不断从直流电源传到球壳的外表面，从而在金属壳与大地之间形成高电压。
图1.9-9是起电机部分的示意图。金属球壳固定在绝缘支柱顶端，绝缘材料制成的传送带套在两个转轮上，由电动机带动循环运转。E和F是两排金属针(称做电刷)。
典例分析
03
【例题】如图所示的示波管，当两偏转电极XX′、YY′电压为零时，电子枪发射的电子经加速电场加速后会打在荧光屏上的正中间(图示坐标的O点，其中x轴与XX′电场的电场强度方向重合，x轴正方向垂直于纸面向里，y轴与YY′电场的电场强度方向重合)。若要电子打在图示坐标的第Ⅲ象限，则(　 　)
A．X、Y极接电源的正极，X′、Y′接电源的负极
B．X、Y′极接电源的正极，X′、Y接电源的负极
C．X′、Y极接电源的正极，X、Y′接电源的负极
D．X′、Y′极接电源的正极，X、Y接电源的负极
D
小试牛刀
【例题】（多选）如图是示波管的原理图。给电子枪通电后，如果在偏转电极XX′和YY′上都没有加电压，电子束将打在荧光屏的中心O点，在那里产生一个亮斑。下列说法正确的是(　　 )
A．要想让亮斑沿OY向上移动，需在偏转电
极YY′上加电压，且Y′比Y电势高
B．要想让亮斑移到荧光屏的右上方，需在偏
转电极XX′、YY′上加电压，且X比X′电势高、Y比Y′电势高
C．要想在荧光屏上出现一条水平亮线，需在偏转电极XX′上加特定的周期性变化的电压(扫描电压)
D．要想在荧光屏上出现一条正弦曲线，需在偏转电极XX′上加适当频率的扫描电压、在偏转电极YY′上加按正弦规律变化的电压
BCD
小试牛刀
感谢您的耐心聆听
I'd like to finish by saying how grateful I am for your attention.

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