實(shí)驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)處理ppt課件

物理實(shí)驗(yàn)方法,比較法、放大法、補(bǔ)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(shí)驗(yàn)的方法,二、數(shù)據(jù)處理方法,1、比較法,物理實(shí)驗(yàn)中最普遍、最基本的測(cè)量方法。,將待測(cè)物理量與選作標(biāo)準(zhǔn)單位的物理量進(jìn)行比較而得到測(cè)量值。,（1）將待測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)量具直接比較：米尺測(cè)量長(zhǎng)度等,（3）通過(guò)比較系統(tǒng)，使待測(cè)量和標(biāo)準(zhǔn)量具實(shí)現(xiàn)比較：電橋測(cè)電阻；物理天平稱物體的重（質(zhì)）量,（2）將待測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量值相關(guān)的儀器比較：電表測(cè)電流、電壓等。,一、物理實(shí)驗(yàn)的方法,2、放大法,按照一定規(guī)律加以放大后進(jìn)行測(cè)量,（1）累積放大法：,用秒表測(cè)單擺的周期,（2）機(jī)械放大法：,游標(biāo)卡尺利用游標(biāo)；螺旋測(cè)微計(jì)利用螺距放大原理,（3）光學(xué)放大法：,讀數(shù)顯微鏡將被測(cè)物體放大后再測(cè)量,（4）電子學(xué)放大法：,對(duì)微弱電信號(hào)經(jīng)放大器放大后觀測(cè)：電橋平衡指示儀、毫伏表等,3轉(zhuǎn)換測(cè)量法,根據(jù)物理量之間的各種效應(yīng)、原理和函數(shù)關(guān)系變換后進(jìn)行測(cè)量,（1）參量換測(cè)法：,利用各種參量的變換及變化規(guī)律,（2）能量換測(cè)法：,單擺測(cè)重力加速度利用,利用能量相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律，把不易測(cè)得的量轉(zhuǎn)換為易測(cè)得的量,一般電學(xué)量易測(cè)，通常使待測(cè)量通過(guò)各種傳感器或敏感器件轉(zhuǎn)換成電學(xué)量進(jìn)行測(cè)量,例如：熱電轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換,冷卻法測(cè)金屬的比熱容，簡(jiǎn)諧振動(dòng)特性研究，固體線膨脹系數(shù)的測(cè)定，導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定，亥姆霍茲線圈磁場(chǎng)的測(cè)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(chǔ)，不直接研究自然現(xiàn)象或過(guò)程本身，用與這些現(xiàn)象或過(guò)程相似的模型來(lái)研究的方法。,（1）物理模擬,（2）數(shù)學(xué)模擬,保持同一物理本質(zhì)的模擬。例：用“風(fēng)洞”中的飛機(jī)模型模擬實(shí)際飛機(jī)在大氣中的飛行。,把不同本質(zhì)的物理現(xiàn)象或過(guò)程，用同一個(gè)數(shù)學(xué)方程來(lái)描述。例如用穩(wěn)恒電流場(chǎng)模擬靜電場(chǎng)。,（3）計(jì)算機(jī)模擬,隨著計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展和廣泛應(yīng)用，這將使物理實(shí)驗(yàn)的面貌發(fā)生很大的變化。,5、替代法,用已知的標(biāo)準(zhǔn)量去代替未知的待測(cè)量，以保持狀態(tài)和效果相同，從而推出待測(cè)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(duì)物體的各個(gè)壓力等。,將k2接到a點(diǎn)，調(diào)節(jié)R1記下G2讀數(shù)I2,再將k2接到b點(diǎn)，調(diào)節(jié)R2使G2讀數(shù)與原來(lái)讀數(shù)相等（I2），這時(shí)R2的讀數(shù)就是G1的內(nèi)阻。,替代法測(cè)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(duì)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(guān)系時(shí)，保持U不變；在研究I與U的關(guān)系時(shí)，需要保持R不變。,7、對(duì)稱法,當(dāng)系統(tǒng)誤差的大小和方向是個(gè)確定值（或按一定規(guī)律變化），可用對(duì)稱法消除系統(tǒng)誤差。,通過(guò)將極性、方向和左右位置等進(jìn)行變換測(cè)量,（1）正向與反向的測(cè)量（包括異號(hào)法）：,對(duì)大小和取向不變的系統(tǒng)誤差，通過(guò)正、反兩個(gè)方向測(cè)量后，可收到加減相消的結(jié)果。,異號(hào)法：設(shè)某一物理量真值為A0，測(cè)量時(shí)的系統(tǒng)誤差為A，則正向測(cè)量時(shí)得到的測(cè)量值：A正A0A反向測(cè)量時(shí)得到的測(cè)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(duì)調(diào)測(cè)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(hào)法：改變電源極性（改變電流方向），以消除由于檢流計(jì)零點(diǎn)漂移而引入的偏差,例：天平：被測(cè)物與砝碼互換位置（復(fù)稱法），可消除兩個(gè)臂長(zhǎng)短的差異引起的誤差。,（2）平衡情況下的待測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量的位置互換（交換法）：,異號(hào)法：消除地磁場(chǎng)的影響,（3）內(nèi)插法：,測(cè)一約2000電阻，比率為1，調(diào)到基本平衡時(shí)，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(jìn)）1，檢流計(jì)指針向左偏離平衡位置n格（如為0.6格），無(wú)法調(diào)到平衡。這時(shí)可用內(nèi)插法求Rx：,利用測(cè)出的A、B兩點(diǎn)測(cè)量值，求這兩點(diǎn)之間C點(diǎn)的測(cè)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(méi)有的數(shù)據(jù)點(diǎn),8、干涉法,利用波的干涉現(xiàn)象進(jìn)行測(cè)量將難以測(cè)量的瞬息變化的動(dòng)態(tài)研究對(duì)象變成穩(wěn)定的靜態(tài)對(duì)象干涉圖樣,駐波法,衍射法,此外還有：描跡法、實(shí)驗(yàn)推理法、共軛法（測(cè)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(xué)實(shí)驗(yàn)：等厚干涉、邁克爾遜干涉儀等,二、物理實(shí)驗(yàn)中的基本調(diào)整與操作技術(shù),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(xì)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(shí)的視差影響,三、數(shù)據(jù)處理方法,1、逐差法,把實(shí)驗(yàn)得到的偶數(shù)組數(shù)據(jù)分成前后兩組，將對(duì)應(yīng)項(xiàng)分別相減。可以充分利用數(shù)據(jù)。,求得的結(jié)果比作圖法要準(zhǔn)確些,2、最小二乘法,通過(guò)實(shí)驗(yàn)，等精度地測(cè)得一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（xi，yi，i=1，2n），設(shè)此兩物理量x、y滿足線性關(guān)系，且假定實(shí)驗(yàn)誤差主要出現(xiàn)在yi上，設(shè)擬合直線公式為y=f(x)=a+bx，當(dāng)所測(cè)各yi值與擬合直線上各估計(jì)值f(xi)=a+bxi之間偏差的平方和最小，即,最小二乘法進(jìn)行直線擬合優(yōu)于作圖法,所得擬合公式即為最佳經(jīng)驗(yàn)公式。,y=a+bx,最佳經(jīng)驗(yàn)公式,r表示兩變量之間的函數(shù)關(guān)系與線性的符合程度，r-