示波器实验小论文
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摘 要： 在物理实验教学中正确使用示波器并及时解决遇到的问题是必不可少的。本文简要介绍了示波器实验教学的方法、技巧，以及实验中出现的问题的解决方法。
关键词： 大学物理实验教学 示波器 信号
示波器是测量信号波形的仪器，是应用最广的测量仪器之一。它不仅广泛应用于实验室，而且成为现代工业不可缺少的辅助工具。利用示波器对电子产品的电路进行信号的检测和分析，可以快速地发现并解决问题，因此正确分析示波器显示波形的原理，以及熟悉使用示波器是非常有必要的，对学生以后学习和工作有很大的帮助。在大学物理实验教学中，示波器原理与使用是一个必不可少的实验。然而，该实验仪器的原理复杂，大多数学生理解起来难度偏大，特别是面板旋钮多使得学生熟悉起来很困难［１］。通过该实验对提高学生在信号波形测量方面的实践能力、创新能力，以及理论联系实际的能力提高有着极其重要的作用。在实验教学过程总是会出现各种各样的问题［２］，因此我结合大学物理实验示波器实验中出现的问题，介绍一些经验。
1.示波器原理的阐述
实验教学首先讲解的就是仪器原理，但是示波器的原理比较复杂，学生掌握起来比较困难。为解决这个难题，将示波器显示波形的原理与单摆运动中沙漏形成波形的原理相类比，利用简单易懂的知识对示波器的原理进行形象的讲解，使其简化，加深学生对示波器原理的理解和掌握。在大学生物理实验教学中利用类比简化思维帮助学生理解和学习新知识的方法效果明显。
示波管结构非常简单，主要由电子枪、偏转系统和荧光屏三个部分组成，偏转系统由水平偏转板（x轴方向）和竖直偏转板（y轴方向）组成。在偏转板上加电压，则电子束的运动是发生偏转，加不同的电压，电子运动也不一样，从而在荧光屏上所观察到的图形也有所不同。如果我们在竖直偏转板上接入待观察的正弦交流电压，同时在水平偏转板上接入锯齿波电压，则电子的运动将是水平方向的匀速直线运动与竖直方向的简谐振动两个相互垂直方向上运动的合成，屏上将显示正弦波。
把沙漏的单摆运动与示波器显示波形的原理相结合进行类比，以帮助学生理解示波器的工作原理。实践表明示波器显示波形的原理虽然复杂，但是利用沙漏的单摆运动实验对其进行类比简化，可以很容易地让学生理解掌握。示波器的工作原理可以如此掌握，在进行其他物理知识的学习和物理实验的探讨时，实验老师也可以采用这种类比的方法，利用学生理解的知识点甚至是其他学科的知识去简化复杂的物理内容。掌握了这种教学法，不仅可以使学生将新知识与已有的知识融会贯通，而且能使学生加深记忆和理解，为他们的学习提供极大的帮助。
2.功能键的使用技巧及注意事项
在教师准备实验仪器阶段，应注意示波器在使用一段时间或经较长时间存放或修理后，应重新进行校准，示波器精度校准分垂直校准和时基校准两个方面。待示波器开机20分钟后，内部稳定即可进行校准工作。扫描基线的校正，示波器应用在不同的场合，会受外磁场的影响引起扫描基线发生倾斜，此时需要对扫描基线进行校正。校正的方法：用螺丝刀调节“基线旋转”，使扫描线和示波器的水平刻度线平行。
在示波器功能键的讲解上要做到示波器面板上各开关、按键、旋钮都要详细地讲解相关功能特性，同时进行示范性的屏幕显示演示，使得学生有更直观形象的了解。要求做实验前学生对照仪器面板说明书，体会一些常用开关、按键、旋钮的作用，如辉度、聚焦、位移、X―Y等，让学生有一个自己独立操作仪器的过程。
非常有必要在黑板上板示示波器使用注意事项及技巧：
（1）测试前，在不明确被测信号幅度大小，可先将示波器的VOLTS/DIV选择开关置于最大挡，避免电压过高而造成示波器损坏，同时避免该档位过小往往出现信号显示远远大于屏幕，以至于学生误认为没有信号输入。一般选择合适档位使得信号显示高度约占荧光屏高度的二分之一到三分之二之间，这样减小在信号测量时出现的误差。
（2）在用示波器测量频率较低信号时，其波形不容易同步，表现为波形不稳定。一般情况规定学生输入较高频率信号，同时仔细调节示波器上的触发电平控制（LEVEL）旋钮，使被测信号稳定和同步。“触发电平”键是示波器面板上众多旋钮中非常重要的旋钮，其作用在众多物理实验教材中只是介绍而已，通过触发扫描使待测信号与扫描信号同步以达到图形的稳定，图形不稳定的情况在学生实验中出现得最多。
（3）TIME/DIV（扫描速率选择）旋钮。此旋钮的作用是改变加在水平偏转板上锯齿波扫描信号的频率。在不明确被测信号频率大小，可将TIME/DIV选择扫描时间置于最小挡，避免低频率信号一直闪动。合适的档位是信号波形显示2到3个周期，这样在时间测量时可以减少误差。
（4）“触发方式”、“触发源”和“触发电平”的选择。这三者选择的不正确，往往出现波形不稳定的情况，屏幕上的波形发生向左或向右的'连续移动。要使波形能够稳定下来，跟示波器使用的“触发方式”、“触发源”及“触发电平”选择有关，合理运用触发方式、触发源来观察信号，要求学生在实验中掌握。
（5）在利萨如图实验部分，为了避免视觉上的混乱，要求学生在关闭通道1的前提下再调整好通道2的信号显示。
（6）示波器工作时，周围不要放置大功率的变压器，否则，对示波器会有很大影响和噪声干扰。
3.示波器常见故障的分析
示波器用于实验教学使用频繁，且使用时间较长，很容易出故障。掌握示波器的常见故障的分析检修方法，有利于缩短维修周期，避免因为仪器故障耽误教学。在遇到各种问题时，学生一般无法解决，往往需要教师引导性地解决。这就要求教师要具备解决这些问题的能力。当然这些需要在教学中不断地总结经验，多途径地提高解决问题的能力，进而能够更好地指导学生排除故障。
在教学过程中，学生在出现问题时，经常性地乱按功能键，到了后面他自己都不知道按了什么键，有时的确是仪器出现问题。教师应该把出现的各种原因都考虑进去，先考虑仪器正常是仪器参数设置的问题，再考虑仪器元件出现问题。例如示波器屏幕上没有任何信号或者信号在示波器上显示闪动的比较厉害。首先，看信号输入端的问题即信号发生器示波器的相关设置是否正常，例如波形按钮是否有选择、频率的设置是否正确，等等，然后检查与示波器的接线，以及探头接触是否良好、探头线断线等问题，再检查示波器相关按键的设置是否和信号发生器输出信号一直，可能是学生按了所用通道的接地旋钮，这样信号就会对地短路，没有任何信号输入到示波器测量端，以及示波器电源开关有没有打开，可以调节亮度旋钮看是否亮度设置太低。其次，调节上下位移旋钮和左右位移旋钮看波形是否偏离屏幕显示区。所以首先要求老师要一定程度的对仪器硬件有所了解，那些元件出现问题可能会出现什么样的现象，对仪器的操作那就要求非常熟悉，总之做到软件硬件都过关。
4.结语
以上是我在示波器实验教学实践中总结的一些经验。在有限学习时间内，学习、掌握基本的仪器操作方法，让学生做到实验目标明确，理论与实践相结合，在掌握好基本技能的基础上进行开放式自主训练。教师应引导学生解决实验中遇到的一些问题，提高学生的创新能力，使学生体会到大学物理实验这门课的作用与重要性，从而逐渐地让学生有意识地去提高自己的动手能力。
参考文献：
［1］刘淑聪，郭纯生，王薇，彭宏伟.示波器操作与使用的实践教学研究［J］.中国现代教育装备，2010，17，（105）：20-23.
［2］张磊.浅谈示波器的实验教学［J］.大学物理实验，2008，21，（3）：12-14.
［3］张锐波，彭永昱，俞诚.示波器电子运动规律与波形显示关系研究［J］.大学物理实验，2009，22，（4）：45-47.
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