示波器在中学物理实验中用途很多,但一般农村中学很少有示波器。经试验,将普通黑白电视机稍加改装,就既可保留电视机原来的功能,又能代替示波器做许多物理实验。其优点是一物多用、屏幕较大、显示清楚、改制简单易行。
改制原理和方法
黑白电视机显象管颈部有两个偏转线圈,一个是行偏转线圈,另一个是场偏转线圈。行偏转线圈内有频率为15625Hz的锯齿波电流,可使电子束在屏幕上作水平扫描,而场偏转线圈内通有频率为50Hz的锯齿波电流,使电子束上下移动。若把行偏转线圈断开,则电视机屏幕正中央会出现一竖直亮线,这一亮线是由场扫描信号的作用而产生的,因扫频较低,很适合作为显示低频信号的X轴时基线。如果我们把行偏转线圈当成示波示波管的Y轴偏转板用,在原行偏转线圈内通入信号电流,则可在屏幕上出现波形。
以海燕黑白电视机HB44—2型为例,打开电视机后盖,在印制电路板上找到“行偏转”字样,将黄、红两导线焊下,另找一只双刀双掷开关,按图1连接。连接时要注意接线的位置不要错,以免造成收看电视节目时图象左右颠倒。

接通电源,将双刀开关扳向示波器一方,分别调节电视机的亮度和对比度旋钮,使屏幕上出现合适的竖亮线。取一块与电视机屏幕一样大小的透明胶片,在胶片上画好坐标和方格,然后设法将胶片固定在屏幕前方,使胶片上的X坐标线与电视机屏幕上的竖亮线重合,胶片上的Y坐标轴与屏幕的底边重合,再将电视机顺时针方向倒转90°,则可开始做实验了。电视机倒90°的目的是让竖亮线(相当于示波器的X轴)横过来,以适应实验者习惯上的观察。
实验举例
实验1:显示直流电波形 将2节干电池与小灯泡、滑动变阻器和电视机原行偏转线圈组成串联电路,这时会看到亮线移至X轴的上方(或下方),将电池极性改变,则亮线会移至X轴下方(或上方)。移动变阻器滑动触头,使灯泡亮度改变,此时亮线离X轴的距离也会随着变化。灯泡由暗变亮时,亮线离X轴由近及远,灯泡由亮变暗时,亮线离X轴由远及近。
实验2:演示交流电波形 将学生电源的交流2V输出接在电视机原行偏转线圈上,再调节场频旋钮,则可观察到交流电波形。
实验3:演示半波或全波整流波形 将交流2V输出端串接一只整流二极管后接在行偏转线圈上即可看半波整流波形。同理,将全波整流后的脉动电流接上去可观察全波整流后的波形。
实验4:演示电磁感应 将铁心可拆的变压器“0~12”两接线柱接在原行偏转线圈上,组成闭合回路。用一条形磁铁在线圈内上下移动,会看到亮线在Y轴方向上下移动;当把磁铁放在线圈内不动时,亮线停在X轴上。这就说明了穿过闭合回路的磁通量只有在发生变化时,在闭合回路中才产生感生电流。
通过此实验还可以帮助学生加深理解感生电动势的公式ε=LBV:①当磁铁缓慢插入或抽出时,亮线移动的幅度较小,很快插入或抽出时,亮线移动幅度较大。这就说明了导体切割磁力线的速度V与感生电动势ε之间的关系;②如果用两个条形磁铁同极性并列,使磁性增强,仍以相同的速度V插入或抽出线圈时,亮线移动的幅度明显加大,这就说明了磁感应强度B越大,感生电动势越大;③用5米长的导线,两端接在行偏转线圈上,在一个硬纸筒上用此导线先后分别绕成10匝、20匝、30匝、40匝的线圈,这时可以看到,线圈匝数越多,亮线偏转幅度越大,这也就说明了导线切割磁力线的有效长度L越长,产生的感生电势ε越大。
实验5:验证楞次定律 在上述电磁感应实验中,当磁铁插进线圈时,若亮线沿Y轴向上(或向下)移动,则磁铁抽出时亮线向下(或向上)移动,说明感生电流的方向与导体运动方向有关。如果把磁极方向调换,当磁铁再插入时亮线会向下(或向上)移动。抽出磁铁时亮线向上(或向下)移动。说明感生电流方向与磁场方向有关。
如果先用一节干电池接在行偏转线圈上,确定出亮线位移方向和电流方向的关系,再由亮线位移的方向确定出感生电流的方向,就可以得出:感生电流的方向,总是要使其产生的磁场阻碍原来磁场的变化,这就验证了楞次定律。
实验6:演示声波波形 将一话筒或者是动圈扬声器接在行偏转线圈上,对着话筒讲话或吹哨子,在屏幕上则会出现由亮线组成的声波波形,喊声越大,波形振幅越大。
实验7:演示洛仑兹力 当屏幕上出现亮线时,手持马蹄形磁铁在屏幕前转动,会看到亮线发生偏向弯曲,这是由于磁场对运动电子束的作用——洛仑兹力的作用结果。磁铁越靠近亮线,亮线弯曲越大。改变磁极位置,亮线弯曲方向改变。这样就可以帮助学生加深理解洛仑兹力大小与磁感强度的关系,并可练习判断洛仑兹力方向的左手定则。
请注意,此实验一定不要用彩色电视机,以免彩色图象失真。
实验8:演示通电线圈产生的磁场与线圈圈数和通过电流之间的关系 将可拆变压器低压线圈固定在屏幕亮线前,串接滑动变阻器后接在8V直流电压上,最好再在电路中串接一只演示电流表,调节可变电阻器改变电流强度,可看到亮线弯曲程度在改变。电流越大,弯曲越大,说明线圈产生的磁场越强。在电流一定时,匝数增加,亮线弯曲程度大,说明增加匝数可增强磁性。
实验9:演示电容器的充电和放电 将一耐压10V、电容量在500~2000μF的电容器和一单刀双掷开关,接成如图2所示电路,当开关扳向位置1时,屏幕上出现瞬时充电电流波形;开关再扳向2时,又会在反方向出现瞬时放电波形。实验中还会看到,电压高、容量大时,充放时的电流越大。

实验10:演示线圈的耦合关系 取中学物理实验中常用的原副线圈L\(_{1}\)、L2,并套好,将L\(_{2}\)接在行偏转线圈上,L1两端接上2~6V交流电压,移动L\(_{2}\)逐渐远离L1,屏幕上的波形幅度将由大变小,说明两线圈的耦合程度和两线圈之间的距离有关系;转动L\(_{1}\)线圈,会看到当两线圈的轴线互相垂直时,显示波形近似直线,说明此时两线圈耦合最弱;将L1加屏蔽罩,无论怎样转动L\(_{1}\),感应波形均为直线,说明耦近于零;L1、L\(_{2}\)套起来,中间插上铁心,感应波形幅度大增,说明此时耦合增强;若铁心增长,耦合更强,此实验可说明磁性天线的作用。
实验11:演示变压器原理 如图3所示,在一个可拆变压器的铁心上套两个0~6V线圈,在初级接上小灯泡、电池、开关K,次级接偏转线圈。闭合开关K,灯泡亮,但屏幕上亮线在X轴上,说明直流电不能通过变压器传到次级去。将开关K反复闭合、断开几次,会看到亮线在X轴上下抖动,说明只有当初级线圈中电流发生变化时,次级才有感应电压;如果把初级的电源换成交流电压,会看到屏幕上出现交流电波形,初级电压越高,屏幕上的波形幅度越大,说明交流电压能通过变压器传输。

实验注意事项
1.实验时应把频道选择旋钮旋转在当地无电视广播的空频道处,以免有外来信号调制亮线。
2.通过行偏转线圈的电流不能太大,一般应在4V以下,否则会使电子束偏转到屏幕以外,甚至可能烧坏线圈。
3.在从印制电路板上焊取行偏转线圈两端头时,应看准后再焊,以防损坏其它元件。
4.在将黑白电视机改成简易示波器后,原机中的场频调节就相当于示波器中的扫描微调,原机中的场幅调节就相当于X轴增益展宽。场幅调节电位器一般不伸出机壳外,可套上一个塑料管伸出壳外,可方便调节使用。在收看电视节目时,如果图象上下翻滚,应重新调节场频。
5.如果将实验输入信号通过电视机伴音低频放大器放大后,再加到行偏转线圈上,可使灵敏度大为提高。
6.把电视机上新加的双刀双掷开关安装在电视机底部,当把电视机转90°倒立后,开关刚好处在侧面,调节很方便。(陕西丹凤中学 贾永丰 李丹民 周向善)