實驗方法、數(shù)據(jù)處理ppt課件

物理實驗方法,比較法、放大法、補償法、模擬法、干涉法,列表法、作圖法、逐差法、最小二乘法。,一、物理實驗的方法,二、數(shù)據(jù)處理方法,1、比較法,物理實驗中最普遍、最基本的測量方法。,將待測物理量與選作標準單位的物理量進行比較而得到測量值。,（1）將待測量和標準量具直接比較：米尺測量長度等,（3）通過比較系統(tǒng)，使待測量和標準量具實現(xiàn)比較：電橋測電阻；物理天平稱物體的重（質(zhì)）量,（2）將待測量與標準量值相關的儀器比較：電表測電流、電壓等。,一、物理實驗的方法,2、放大法,按照一定規(guī)律加以放大后進行測量,（1）累積放大法：,用秒表測單擺的周期,（2）機械放大法：,游標卡尺利用游標；螺旋測微計利用螺距放大原理,（3）光學放大法：,讀數(shù)顯微鏡將被測物體放大后再測量,（4）電子學放大法：,對微弱電信號經(jīng)放大器放大后觀測：電橋平衡指示儀、毫伏表等,3轉(zhuǎn)換測量法,根據(jù)物理量之間的各種效應、原理和函數(shù)關系變換后進行測量,（1）參量換測法：,利用各種參量的變換及變化規(guī)律,（2）能量換測法：,單擺測重力加速度利用,利用能量相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律，把不易測得的量轉(zhuǎn)換為易測得的量,一般電學量易測，通常使待測量通過各種傳感器或敏感器件轉(zhuǎn)換成電學量進行測量,例如：熱電轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換,冷卻法測金屬的比熱容，簡諧振動特性研究，固體線膨脹系數(shù)的測定，導熱系數(shù)的測定，亥姆霍茲線圈磁場的測定，熱電偶/銅電阻的溫度特性，都要用傳感器,4模擬法,以相似性原理為基礎，不直接研究自然現(xiàn)象或過程本身，用與這些現(xiàn)象或過程相似的模型來研究的方法。,（1）物理模擬,（2）數(shù)學模擬,保持同一物理本質(zhì)的模擬。例：用“風洞”中的飛機模型模擬實際飛機在大氣中的飛行。,把不同本質(zhì)的物理現(xiàn)象或過程，用同一個數(shù)學方程來描述。例如用穩(wěn)恒電流場模擬靜電場。,（3）計算機模擬,隨著計算機的不斷發(fā)展和廣泛應用，這將使物理實驗的面貌發(fā)生很大的變化。,5、替代法,用已知的標準量去代替未知的待測量，以保持狀態(tài)和效果相同，從而推出待測量的方法,用合力替代各分力，用總電阻替代各分電阻，浮力替代液體對物體的各個壓力等。,將k2接到a點，調(diào)節(jié)R1記下G2讀數(shù)I2,再將k2接到b點，調(diào)節(jié)R2使G2讀數(shù)與原來讀數(shù)相等（I2），這時R2的讀數(shù)就是G1的內(nèi)阻。,替代法測電表內(nèi)阻,在多因素的物理現(xiàn)象中，先控制某些量不變,研究某一因素對現(xiàn)象產(chǎn)生影響的一種方法,6、控制法,如RU/I，在I與R的關系時，保持U不變；在研究I與U的關系時，需要保持R不變。,7、對稱法,當系統(tǒng)誤差的大小和方向是個確定值（或按一定規(guī)律變化），可用對稱法消除系統(tǒng)誤差。,通過將極性、方向和左右位置等進行變換測量,（1）正向與反向的測量（包括異號法）：,對大小和取向不變的系統(tǒng)誤差，通過正、反兩個方向測量后，可收到加減相消的結(jié)果。,異號法：設某一物理量真值為A0，測量時的系統(tǒng)誤差為A，則正向測量時得到的測量值：A正A0A反向測量時得到的測量值：A反A0A平均值為：,例:滑線式惠斯登電橋：交換法：將Rx與R3的位置對調(diào)測量，可消除比率臂電阻絲不均勻的系統(tǒng)誤差。,例：滑線式惠斯登電橋:異號法：改變電源極性（改變電流方向），以消除由于檢流計零點漂移而引入的偏差,例：天平：被測物與砝碼互換位置（復稱法），可消除兩個臂長短的差異引起的誤差。,（2）平衡情況下的待測量與標準量的位置互換（交換法）：,異號法：消除地磁場的影響,（3）內(nèi)插法：,測一約2000電阻，比率為1，調(diào)到基本平衡時，比較臂為R0=2000，距平衡位置差m格，（如向右偏0.4格）若比較臂電阻增加（最小步進）1，檢流計指針向左偏離平衡位置n格（如為0.6格），無法調(diào)到平衡。這時可用內(nèi)插法求Rx：,利用測出的A、B兩點測量值，求這兩點之間C點的測量值,可提高儀器原有的精度,例：箱式惠斯登電橋,RxR0R2000.4,R0.4,圖6,表1蓖麻油的粘滯系數(shù),由圖用內(nèi)插法求表中沒有的數(shù)據(jù)點,8、干涉法,利用波的干涉現(xiàn)象進行測量將難以測量的瞬息變化的動態(tài)研究對象變成穩(wěn)定的靜態(tài)對象干涉圖樣,駐波法,衍射法,此外還有：描跡法、實驗推理法、共軛法（測透鏡的焦距）等,如：橫波在弦線上傳播的研究,如：光柵常數(shù),包括,光學實驗：等厚干涉、邁克爾遜干涉儀等,二、物理實驗中的基本調(diào)整與操作技術,1零位調(diào)整,2水平鉛直調(diào)整,3消除視差,4先粗調(diào)后細調(diào),5等高共軸調(diào)整,6逐次逼近法,7先定性后定量,操作讀數(shù)時的視差影響,三、數(shù)據(jù)處理方法,1、逐差法,把實驗得到的偶數(shù)組數(shù)據(jù)分成前后兩組，將對應項分別相減?？梢猿浞掷脭?shù)據(jù)。,求得的結(jié)果比作圖法要準確些,2、最小二乘法,通過實驗，等精度地測得一組實驗數(shù)據(jù)（xi，yi，i=1，2n），設此兩物理量x、y滿足線性關系，且假定實驗誤差主要出現(xiàn)在yi上，設擬合直線公式為y=f(x)=a+bx，當所測各yi值與擬合直線上各估計值f(xi)=a+bxi之間偏差的平方和最小，即,最小二乘法進行直線擬合優(yōu)于作圖法,所得擬合公式即為最佳經(jīng)驗公式。,y=a+bx,最佳經(jīng)驗公式,r表示兩變量之間的函數(shù)關系與線性的符合程度，r-