物理實驗設(shè)計性實驗測量方法

1、物理實驗的基本測量方法系統(tǒng)誤差的分析與處理設(shè)計性實驗將待測的物理量直接或間接地與作為基準的將待測的物理量直接或間接地與作為基準的同類物理量進行比較，得到比值的過程，叫同類物理量進行比較，得到比值的過程，叫做做。模擬法比較法積累和放大法轉(zhuǎn)換法物理實驗的基本測量方法物理實驗的基本測量方法就是把待測的物理量直接或間接地與作為基準(或標準單位)的同類物理量進行比較，得到比值的過程。直接比較測量法 水銀的熱膨脹去測量溫度、用彈簧的形 變?nèi)y力等均為這類測量，此種測量稱間 接比較測量法。 1比比 較較 法法間接比較測量法比較系統(tǒng)比較系統(tǒng) 0 10 X0 0比較系統(tǒng)比較系統(tǒng)有些比較要借助于或簡或繁的儀器設(shè)備

2、，經(jīng)過或簡或繁的操作才能完成，此類儀器設(shè)備稱為比較系統(tǒng)。天平、電橋、電位差計等均是常用的比較系統(tǒng)。為了進行比較，常用以下方法：(1)直讀法(2)均衡法、補償法或示零法(3)比率測量法(4) 交換法和替代法在物理實驗中我們常?？赡苡龅竭@樣一些問題，即受測量儀器精度的限制，或受人的反應(yīng)時間的限制，單次測量的誤差很大或無法測出待測量的有用信息，這就需要采用累積放大法來進行測量。2.積累和放大法積累和放大法1m單擺的物理模型200d電學(xué)放大法 電子學(xué)的放大電路將微弱的電信號放大后進行測量，這就是電學(xué)放大法。隨著微電子技術(shù)和電子器件的發(fā)展，各種電信號的放大都很容易實現(xiàn)，因而這一方法在電子儀器上應(yīng)用十分普

3、遍。 光學(xué)放大法光學(xué)放大法分為視角放大和微小變化量(微小長度、微小角度)放大兩種。放大鏡、顯微鏡和望遠鏡等都屬于視角放大的儀器。 q光杠桿放大光杠桿放大光杠桿望遠鏡豎尺DSS0S1d2d1DLqqqq放大倍數(shù)放大倍數(shù)=2S/d取取S=2m，d=80mm，放大放大50倍倍轉(zhuǎn)換測量法是根據(jù)物理量之間的各種效應(yīng)和定量函數(shù)關(guān)系，利用變換原理將不能或不易測量的待測物理量轉(zhuǎn)換成能測或易測的物理量進行測量，然后再求待測物理量。參量轉(zhuǎn)換法能量轉(zhuǎn)換法兩大類。 3 轉(zhuǎn)換法轉(zhuǎn)換法IIC q CqI0 I非光量的光測非光量的光測地球地球月球月球直角反射器直角反射器 秒53.2D t非電量電測非電量電測2. 能量轉(zhuǎn)換法

4、傳感器轉(zhuǎn)換法與參量轉(zhuǎn)換不同，能量轉(zhuǎn)換是利用種運動形式轉(zhuǎn)換為另一種運動形式時物理量之間的對應(yīng)關(guān)系進行的間接測量。 (1)熱電轉(zhuǎn)換(2)壓電轉(zhuǎn)換(3)光電轉(zhuǎn)換 (4)磁電轉(zhuǎn)換 (5)幾何變化量與電學(xué)參量的轉(zhuǎn)換 I0 I2.2.4模擬法模擬測量法是根據(jù)相似性原理，人為地制造一個類似于被研究的對象或運動過程的模型，用模型的測試代替對實際對象的測試的實驗方法。 1. 幾何模擬法2. 物理模擬法 3. 數(shù)學(xué)模擬法導(dǎo)導(dǎo)電電介介質(zhì)質(zhì) + q- q 物理實驗的物理實驗的基本操作技術(shù)基本操作技術(shù) 1儀器初態(tài)和安全位置 所謂“初態(tài)”是指儀器設(shè)備在進入正式調(diào)整、實驗前的狀態(tài)。正確的初態(tài)可保證儀器設(shè)備安全，保證實驗工作

5、順利進行。 2零位(零點)調(diào)整零位校準有二種情況，一種是測量儀器本身有零位校準器，如電表等，則可進行調(diào)整，使儀器在測量前處于零位。另外一種，儀器雖然零位不準，但無法調(diào)整、校準，如磨損了的米尺、螺旋千分尺等，則需在測量前記錄最初讀數(shù)，以備在測量結(jié)果中修正。 3水平、鉛直調(diào)整物理實驗所用的儀器或裝置中，有些需在水平或鉛直狀態(tài)下才能正常工作。大部分需調(diào)整的儀器自身就裝有水準儀或懸錘，底座有二個或三個(排成等邊或等腰三角形)可調(diào)節(jié)的螺釘 4消除視差的調(diào)整當刻度標尺與指示器或標識物不在同一平面時，眼睛從不同方向觀察會出現(xiàn)讀數(shù)有差異或物與標尺刻線有分離的現(xiàn)象，稱為視差現(xiàn)象。為了測量正確，實驗時必須消除視差

6、。消除視差的方法有二：一是使視線垂直標尺平面讀數(shù)。二是使標尺平面與被測物密合于同一平面內(nèi)。 5調(diào)焦 在使用望遠鏡、顯微鏡和測微目鏡等光學(xué)儀器時，為了進行正確的測量或看清目的物，均需進行調(diào)焦.例如望遠鏡要調(diào)節(jié)叉絲到物鏡的距離使之處于透鏡的焦面上；使用顯微鏡要使被觀察對象處于物鏡的工作距離處，而測微目鏡則要使叉絲在目鏡的焦距內(nèi)作適當?shù)恼{(diào)節(jié)。這種調(diào)節(jié)統(tǒng)稱為調(diào)焦。 6等高共軸調(diào)整 在由兩個或兩個以上的光學(xué)元件組成的實驗系統(tǒng)中，為獲得好的像質(zhì)，滿足近軸光線條件，必須進行共軸調(diào)整，即：使所有光學(xué)元件的光軸重合，且其物面、屏面垂直于光軸。調(diào)整一般分為兩步，第一步進行粗調(diào)(目測調(diào)整)，第二步根據(jù)光學(xué)規(guī)律進行細

7、調(diào)，常用的方法有自準法和二次成像法。 蠟燭成像7消除空程誤差由絲杠、螺母構(gòu)成的轉(zhuǎn)動與讀數(shù)機構(gòu)，由于螺母與絲杠之間有螺紋間隙，往往在測量剛開始或剛反向轉(zhuǎn)動絲杠時，絲杠需轉(zhuǎn)過一定角度才能與螺母嚙合。結(jié)果，與絲杠聯(lián)結(jié)在一起的鼓輪已有讀數(shù)改變，而由螺母帶動的機構(gòu)尚未產(chǎn)生位移，造成虛假讀數(shù)而產(chǎn)生空程誤差。保持整個讀數(shù)過程繼續(xù)沿同一方向前進切勿忽正忽反旋轉(zhuǎn)8逐次逼近調(diào)整依據(jù)一定的判據(jù)，逐次縮小調(diào)整范圍，使系統(tǒng)較快地收斂于所需狀態(tài)的方法稱為逐次逼近調(diào)節(jié)法。判據(jù)在不同的儀器中是不同的，如天平是看天平指針是否指零，平衡電橋是看檢流計指針是否指零。逐次逼近調(diào)節(jié)法在天平、電橋，電位差計等儀器的平衡調(diào)節(jié)中都要用到，9

8、先定性、后定量原則 10回路接線法11躍接法在示零法測量中，經(jīng)常采用瞬間(而不是較長時間)接通示零電路的方法來對平衡狀態(tài)或平衡偏離的方向作出判斷。這樣做的好處是，在遠離平衡狀態(tài)時保護儀表(例如電位差計實驗中的標準電池和光點檢流計)，使其免受長時間的大電流沖擊；在接近平衡時，通過電路的瞬間通斷比較，提高檢測靈敏度 系統(tǒng)誤差的分析與處理系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差隨機誤差隨機誤差儀器誤差方法誤差環(huán)境誤差人員誤差裝置誤差天平不等臂所造成的天平不等臂所造成的 系統(tǒng)誤差系統(tǒng)誤差儀器誤差儀器誤差Bn I 0 螺線管為無限長，管壁磁漏可螺線管為無限長，管壁磁漏可忽略。忽略。如：如： 理論理論人為人為 生理因素生理因素聽

9、覺聽覺嗅覺嗅覺色覺色覺視覺視覺對音域（對音域（2020HZ-20KHZHZ-20KHZ）的辨別。的辨別。對音色的辨別。對音色的辨別。環(huán)境環(huán)境A AV VV VR RV VA AA AV VI IR RI IV V 用用V V作為作為V VR R的近似值的近似值時，求時，求RVIVVIVIVIVIRARAR RVIVIIVIRVR 公式公式 （忽略了空氣阻力等）（忽略了空氣阻力等）hg t 122V2Vm s極極 50/hh實實理理 系統(tǒng)誤差的特征與規(guī)律系統(tǒng)誤差的特征與規(guī)律 線形(累進)變化非線形變化周期性變化 復(fù)雜規(guī)律變化變值系統(tǒng)誤差定值系統(tǒng)誤差消除系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的根源消除系統(tǒng)誤差消除系統(tǒng)誤差用

10、修正值修正測量結(jié)果用修正值修正測量結(jié)果應(yīng)用測量技術(shù)消除系統(tǒng)誤差應(yīng)用測量技術(shù)消除系統(tǒng)誤差 (1)替代法 是在一定的測量條件下，對某一被測量進行測量，使在儀器上得到某一狀態(tài)(如指針指示零位、天平平衡等)；再以同樣性質(zhì)的標準量代替被測量，調(diào)整標準量值的大小，使在儀器上呈現(xiàn)出與前者相同的狀態(tài)，則此時的標準量值等于被測量量值。 (2)交換法 這種方法就是將測量中的某些條件相互交換，使產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因?qū)y量結(jié)果起相反的作用，從而抵消系統(tǒng)誤差。例如，用天平稱衡物體質(zhì)量時用復(fù)稱法，焦距測定實驗中將物與屏的位置互換進行測量等。 (3)抵消法 當已知有某種產(chǎn)生恒定系統(tǒng)誤差的因素存在，而又無法從根源上消除，且難以確定其大小時，可以考慮能否去抵消它。例如，霍爾法測磁場實驗，為了附加電