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(biāo)考試大綱中對(duì)示波管的要求級(jí)別不高，但由于其工作原理涉及帶電粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的綜合應(yīng)用，而且其原理還可以用于分析打印機(jī)字體放大、電視圖像放大等日常工作實(shí)例，所以在全國(guó)各地的高考試題中，每年都會(huì)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(fù)雜，這就給學(xué)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(xué)和考試難點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】示波管工作原理高中物理

【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2014）06-0150-01

第一步 巧用結(jié)論

巧用結(jié)論1

新課標(biāo)高中物理教材《選修3-1》第34頁(yè)中，教材以例題形式詳細(xì)的推導(dǎo)了帶電粒子在電場(chǎng)中的偏移量y的表達(dá)式，這一推導(dǎo)過程和推導(dǎo)的結(jié)論是解決帶電粒子在電場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。其推導(dǎo)結(jié)論是y=■。利用這一結(jié)論，分析一帶電粒子通過電壓為U0的加速電場(chǎng)加速后射入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)。帶電粒子在加速電場(chǎng)中應(yīng)用動(dòng)能定理qU0=■mv02-0。將以上兩個(gè)方程聯(lián)立求得：y=■。

巧用結(jié)論2

在新課標(biāo)高中物理教材《必修2》研究平拋運(yùn)動(dòng)時(shí)，我們?cè)?jīng)得到一個(gè)結(jié)論：在平拋運(yùn)動(dòng)中任一點(diǎn)的速度的反向延長(zhǎng)線必將這段時(shí)間內(nèi)物體沿初始位置方向的水平位移平分。將這一結(jié)論應(yīng)用在帶電粒子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后，再經(jīng)偏轉(zhuǎn)場(chǎng)偏轉(zhuǎn)最終打在熒光屏上，求其在熒光屏上的偏轉(zhuǎn)距離Y的問題中（如圖所示）。由數(shù)學(xué)知識(shí)得：■=■，所以Y=■y=（1+■）■U

第二步 巧用代換量

由于y=（1+■）■U這一結(jié)論比較繁瑣，所以增大了學(xué)生對(duì)示波管工作原理理解的難度。但我們仔細(xì)分析一下這個(gè)結(jié)論就會(huì)發(fā)現(xiàn)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(guān)。所以我們不妨設(shè)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(jiǎn)化了示波管的偏轉(zhuǎn)量的表達(dá)式。

第三步 巧換參量

如果示波管的輸入偏轉(zhuǎn)電壓為U，帶電粒子在熒光屏的偏轉(zhuǎn)距離為Y=kU。如果U是一個(gè)與時(shí)間有關(guān)的函數(shù)時(shí)，即U=f（t），則Y=kf（t）。這時(shí)我們就不難理解：當(dāng)U=at+b或U=Asin（ωt）時(shí)，帶電粒子束打在熒光屏上后，在屏上的成點(diǎn)規(guī)律了。