物理實驗方法

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物理實驗方法林曉東物理學導論2理論物理與物理理論物理學分類：“理論物理屬于最不明確，又不得不設的一門學科”。

實際上，物理學的每一個分支學科都具備相對完善的理論基礎。

本科階段研究生階段物理學理論物理凝聚態(tài)物理粒子與原子核物理

應用物理學等離子體物理

原子分子物理

光學

無線電物理聲學物理學導論3理論與實驗的關聯(lián)性：

物理學是一門實驗性科學，實驗是判斷理論對錯的終審法官，對此應該沒有什么分歧。分歧在于實驗能否證明理論正確？

Einstein

說：千萬個實驗不能證明一個理論正確，一個實驗就可以證明一個理論錯誤。物理學導論4

某評估專家到一所名牌大學的普通物理實驗室查看學生的實驗報告，其中一份是用復擺測量重力加速度的實驗報告。該實驗報告原理敘述正確，采集數(shù)據(jù)合理，數(shù)據(jù)處理符合要求，結果分析令人信服。但老師的評分是：不及格！評估專家拿著這份報告問負責教師：

專家：為什么不及格？

老師：關鍵在這?。ɡ蠋熡檬种钢恍挟嬃思t線的文字：本實驗證明了本地的重力加速度g=9.803m/s2。）

專家：這個當然不對，但為此判個不及格是否狠點？

老師：實驗只能驗證理論，哪能證明理論，這是基本常識。連這個都不懂哪能及格！你不狠點，他根本不理，下次照常。這個錯誤流毒甚廣，真不知道是跟哪位高人學的！很可能有些地方的教師就是這樣講的。簡直是“胡先生說評書----胡說！”事后，評估組感概：難怪這個學校實驗如此出名，用人單位搶著要該校畢業(yè)生！真是名師出高徒！案例物理學導論5

以歐姆定律為例。對于給定的電阻，可以測量它的伏安特性曲線，理論要求這曲線應該是過原點的直線。（1）實驗只能測量有限個數(shù)的點，而電流（或電壓）是連續(xù)變量，即使這些點共線，你怎么知道沒有測量的點也在線上？（2）這些點真的嚴格在一條直線上嗎？

結論：我們不能說：實驗證明了歐姆定律成立是不合適了。我們只能說：實驗驗證了歐姆定律；或者說：在實驗誤差范圍內，理論與實驗一致。案例物理學導論6一個實驗就可以證明一個理論錯誤

------從伽利略提出落體定律和慣性運動概念說起案例物理學導論物理實驗的基本程序實驗課題的選擇實驗的構思與設計實驗的實施實驗的觀測與記錄實驗數(shù)據(jù)的處理實驗結果的理論解釋物理學導論什么叫物理實驗方法？

物理實驗方法是人們根據(jù)一定的目的和計劃，利用物理儀器和設備,

人為地控制或模擬物理現(xiàn)象，排除各種偶然、次要因素的干擾，突出主要因素，在有利條件下重復地研究物理現(xiàn)象及其規(guī)律。物理實驗方法有何特點？

1.物理實驗方法的簡化和純化實驗設計時應根據(jù)實際研究的需要借助精密的儀器嚴格控制實驗條件排除各種偶然因素、外界的干擾把自然過程加以簡化和純化以求達到實驗目的。物理學導論

2.物理實驗方法可以強化研究條件在物理實驗中人們可以利用各種實驗方法，創(chuàng)造出在自然狀態(tài)下所沒有的，或者自然界無法控制而在生產(chǎn)過程中又難以實現(xiàn)的某些特殊的極限條件。如超高溫、超高壓、超高真空、超強磁場等。這樣就能使物質變化過程向著指定方向強化，從而可發(fā)現(xiàn)許多有重大意義的新現(xiàn)象和新事實。

3.實驗方法可以模擬、加速或延緩物理過程運用物理實驗方法，可主動地控制研究對象及其發(fā)展變化過程，它可以對不可接近的自然現(xiàn)象進行間接研究，使其變化過程加速進行或延緩放慢，從而擴大研究對象的時空范圍，給研究者帶來方便。物理學導論

4.物理實驗方法可以再現(xiàn)和重復物理過程再現(xiàn)與重復是對實驗方法的基本要求。無論采用什么樣的實驗方法，實驗都必須能夠再現(xiàn)。在相同的實驗條件下，重復做此項實驗，應該得出相同的實驗結果。所以任何一項實驗報告，除了列出實驗數(shù)據(jù)、實驗結果外，還必須寫出實驗的時間、條件，以便重復進行實驗。這樣才保證了物理學理論具有描述、解釋和預測自然的能力，才能顯示出科學的意義。

物理學導論物理實驗的基本實驗方法一、比較法通過將待測未知量與已知標準量進行比較，從而達到測量目的的方法稱為比較法。實際上，任何一個測量過程，原則上講都是一種比較過程，所以比較法在物理實驗中是最基本、最普遍的測量方法。物理學導論二、放大法

(1)積累放大法:

在物理實驗中我們常?？赡苡龅竭@樣一些問題，即受測量儀器的精度的限制，或存在很大的噪聲或受人反應時間限制，單次測量的誤差很大或者無法測量出待測量的有用信息，采用積累放大法來進行測量，就可以減少測量誤差、降低噪聲和獲得有用的信息。例如力學實驗中單擺測重力加速度實驗的周期測量。

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(2)機械放大法:

機械放大是最直觀的一種放大方法，例如利用游標可以提高測量的精細程度，原來分度值為y的主尺，加上一個n等分的游標后，組成的游標尺的分度值△y=y/n,即對y細分了n倍，這對直標尺和角游標都是適用的。螺旋測微原理也是一種機械放大，通過螺紋將縱向的微小變化放大成圓周方向上的較大變化。

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(3)電信號的放大和信噪比的提高:

電信號的放大可以是電壓放大、電流放大、功率放大電信號亦可以是交流的或直流的。隨著微電f技術和電子器件的發(fā)展，各種電信號的放大都很容易實現(xiàn)，因而也是用的最廣泛最普遍的。

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(4)光學放大法:

光學放大的儀器有放大鏡、顯微鏡和望遠鏡。這類儀器只是在觀察中放大視角，并不是實際尺寸的變化，所以并不增加誤差。因而許多精密儀器都是在最后的讀數(shù)裝置上加一個視角放大裝置以提高測量精度。微小變化量的放大原理常用于檢流計、光杠桿等裝置中。

物理學導論三、轉換測量法轉換法主要是尋求物理量之間的相互關系。一般可分為參量轉換測量和能量轉換測量法。

(1)參量換測法：利用物理量之間的某種變換關系，以達到測量某一物理量的方法稱為參量換測法。這種方法可以把不可測的量轉換成可測的量，把測不準的量轉換成可測準的量，用測量物理量的改變量代替測量的物理量，把單個測量點的計算方法改變?yōu)槎鄠€測量點的作圖法。

例如：

密度測量實驗中將不規(guī)則固體體積的測量轉換為質量的測量；分光計實驗中將棱鏡折射率的測量轉換為最小偏向角的測量。

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(2)能量轉測法：是利用物理學中的能量守恒定律以及能量形式上的相互轉換規(guī)律進行轉換測量的方法，實現(xiàn)能量轉換的器件稱為傳感器。

例如：用熱電偶測量溫度，是利用材料的溫差電動勢原理，將溫度測量轉換成對熱電偶的溫差電動勢的測量，它屬于熱電換測法。此外，實驗中還常用到壓電換測法(壓力和電勢間的變換,如話筒和揚聲器)、光電換測法(光信號轉換為電信號，如光電管、光電池、光敏二極管等器件)及磁電換測法(磁學量與電學量的轉換，如霍爾元件)等。

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