示波器（Oscilloscope）的使用

主要适用对象

Edexcel U2和U5考生

AQA U2考生

CIE AS阶段考生

示波器结构

水平方向

可缩放，通过调节time base旋钮（单位：s/div）控制单元格水平方向时间数值，使得至少一个完整的波形周期显示出来.

竖直方向

可缩放，通过调节Y-gain/Y-sensitivity旋钮（单位：V/div）控制单元格竖直方向电压数值，使得完成的波形（波峰及波谷）显示出来.

主要考察知识点：示波器的读数和实验应用

周期（Period）的测量

示波器水平方向代表时间长度，可以通过以下公式算出这段时间:

$$ \text{Time}(s)=n \times \text{Scale of time base} $$

其中，$n$表示number of divisions of one complete wave.

如果示波器屏幕上显示了若干个周期，可以求出总时间再除以完整波形数量$N$算出周期：

$$ T(s)=\frac{\text{Total time}}{N}. $$

类似于求平均值，能有效的减小误差（Reduce Percentage Uncertainty）.

Note: Time for $2T=6.4$ to $6.6$ divisions.

选取参照点位时，常用点位是波峰和波谷位置，也可以选择pulse的起点和终点作为参照，优先选取方便读数的点位. 如上图，pulse的起点和终点的读数更为准确.

振幅（Amplitude）的测量

示波器竖直方向代表potential difference (p.d.)，可根据比例关系得到振幅大小. The vertical displacement of the spot is proportional to the applied p.d.

$$ \text{Amplitude}(V)=\frac{1}{2} \times n \times \text{Scale of Y-gain} $$

其中，$n$表示number of divisions between the bottom to the top of the wave.

如果用到twin beam oscilloscope，可以比较振幅来得到两个波能量的高低. 因为在波的理论中，振幅与能量成正比. 以下用爱德思真题举例说明.

如图所示，左图中的上方波形的振幅明显比右图中的小，说明左图的microphone距离loudspeaker更远，波在空气中传播距离越远，能量越低，振幅越小. 下方的波形是loudspeaker产生的标准波形.

总结

示波器的工作原理在A Level考试中考察可能性较低，不再赘述. 考生应该掌握图像信息的获取，计算周期和振幅，相关应用领域还有周期性运动，比如检测简谐运动（SHM）规律.