三步巧析示波管工作原理

張愛民

【摘要】雖然高中物理新課標考試大綱中對示波管的要求級別不高，但由于其工作原理涉及帶電粒子在勻強電場中偏轉的綜合應用，而且其原理還可以用于分析打印機字體放大、電視圖像放大等日常工作實例，所以在全國各地的高考試題中，每年都會有從不同的角度考查示波管工作原理的試題。由于示波管工作原理比較復雜，這就給學生解決問題帶來了很大困難。下邊筆者分三步解決這一教學和考試難點。

【關鍵詞】示波管工作原理高中物理

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2014）06-0150-01

第一步 巧用結論

巧用結論1

新課標高中物理教材《選修3-1》第34頁中，教材以例題形式詳細的推導了帶電粒子在電場中的偏移量y的表達式，這一推導過程和推導的結論是解決帶電粒子在電場中偏轉的基礎。其推導結論是y=■。利用這一結論，分析一帶電粒子通過電壓為U0的加速電場加速后射入偏轉電場。帶電粒子在加速電場中應用動能定理qU0=■mv02-0。將以上兩個方程聯立求得：y=■。

巧用結論2

在新課標高中物理教材《必修2》研究平拋運動時，我們曾經得到一個結論：在平拋運動中任一點的速度的反向延長線必將這段時間內物體沿初始位置方向的水平位移平分。將這一結論應用在帶電粒子經加速電場加速后，再經偏轉場偏轉最終打在熒光屏上，求其在熒光屏上的偏轉距離Y的問題中（如圖所示）。由數學知識得：■=■，所以Y=■y=（1+■）■U

第二步 巧用代換量

由于y=（1+■）■U這一結論比較繁瑣，所以增大了學生對示波管工作原理理解的難度。但我們仔細分析一下這個結論就會發現公式中的y=（1+■）■這一部分是由示波管儀器自身決定的，而與帶電粒子無關。所以我們不妨設k=（1+■）■。這樣Y=（1+■）■U就改寫成Y=kU，其中k是由示波管自身決定的物理量，從而簡化了示波管的偏轉量的表達式。

第三步 巧換參量

如果示波管的輸入偏轉電壓為U，帶電粒子在熒光屏的偏轉距離為Y=kU。如果U是一個與時間有關的函數時，即U=f（t），則Y=kf（t）。這時我們就不難理解：當U=at+b或U=Asin（ωt）時，帶電粒子束打在熒光屏上后，在屏上的成點規律了。