物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法

1、物理實(shí)驗(yàn)的基本測(cè)量方法系統(tǒng)誤差的分析與處理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)將待測(cè)的物理量直接或間接地與作為基準(zhǔn)的將待測(cè)的物理量直接或間接地與作為基準(zhǔn)的同類物理量進(jìn)行比較，得到比值的過程，叫同類物理量進(jìn)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(shí)驗(yàn)的基本測(cè)量方法物理實(shí)驗(yàn)的基本測(cè)量方法就是把待測(cè)的物理量直接或間接地與作為基準(zhǔn)(或標(biāo)準(zhǔn)單位)的同類物理量進(jìn)行比較，得到比值的過程。直接比較測(cè)量法 水銀的熱膨脹去測(cè)量溫度、用彈簧的形 變?nèi)y(cè)力等均為這類測(cè)量，此種測(cè)量稱間 接比較測(cè)量法。 1比比 較較 法法間接比較測(cè)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(jiǎn)或繁的儀器設(shè)備

2、，經(jīng)過或簡(jiǎn)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(jì)等均是常用的比較系統(tǒng)。為了進(jìn)行比較，常用以下方法：(1)直讀法(2)均衡法、補(bǔ)償法或示零法(3)比率測(cè)量法(4) 交換法和替代法在物理實(shí)驗(yàn)中我們常?？赡苡龅竭@樣一些問題，即受測(cè)量?jī)x器精度的限制，或受人的反應(yīng)時(shí)間的限制，單次測(cè)量的誤差很大或無法測(cè)出待測(cè)量的有用信息，這就需要采用累積放大法來進(jìn)行測(cè)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(hào)放大后進(jìn)行測(cè)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(hào)的放大都很容易實(shí)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(zhǎng)度、微小角度)放大兩種。放大鏡、顯微鏡和望遠(yuǎn)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(yuǎn)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(cè)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(cè)量的待測(cè)物理量轉(zhuǎn)換成能測(cè)或易測(cè)的物理量進(jìn)行測(cè)量，然后再求待測(cè)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(cè)非光量的光測(cè)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(cè)非電量電測(cè)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(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)換為另一種運(yùn)動(dòng)形式時(shí)物理量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行的間接測(cè)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(cè)量法是根據(jù)相似性原理，人為地制造一個(gè)類似于被研究的對(duì)象或運(yùn)動(dòng)過程的模型，用模型的測(cè)試代替對(duì)實(shí)際對(duì)象的測(cè)試的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的物理實(shí)驗(yàn)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(jìn)入正式調(diào)整、實(shí)驗(yàn)前的狀態(tài)。正確的初態(tài)可保證儀器設(shè)備安全，保證實(shí)驗(yàn)工作

5、順利進(jìn)行。 2零位(零點(diǎn))調(diào)整零位校準(zhǔn)有二種情況，一種是測(cè)量?jī)x器本身有零位校準(zhǔn)器，如電表等，則可進(jìn)行調(diào)整，使儀器在測(cè)量前處于零位。另外一種，儀器雖然零位不準(zhǔn)，但無法調(diào)整、校準(zhǔn)，如磨損了的米尺、螺旋千分尺等，則需在測(cè)量前記錄最初讀數(shù)，以備在測(cè)量結(jié)果中修正。 3水平、鉛直調(diào)整物理實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)儀或懸錘，底座有二個(gè)或三個(gè)(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(dāng)刻度標(biāo)尺與指示器或標(biāo)識(shí)物不在同一平面時(shí)，眼睛從不同方向觀察會(huì)出現(xiàn)讀數(shù)有差異或物與標(biāo)尺刻線有分離的現(xiàn)象，稱為視差現(xiàn)象。為了測(cè)量正確，實(shí)驗(yàn)時(shí)必須消除視差

6、。消除視差的方法有二：一是使視線垂直標(biāo)尺平面讀數(shù)。二是使標(biāo)尺平面與被測(cè)物密合于同一平面內(nèi)。 5調(diào)焦 在使用望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡和測(cè)微目鏡等光學(xué)儀器時(shí)，為了進(jìn)行正確的測(cè)量或看清目的物，均需進(jìn)行調(diào)焦.例如望遠(yuǎn)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(duì)象處于物鏡的工作距離處，而測(cè)微目鏡則要使叉絲在目鏡的焦距內(nèi)作適當(dāng)?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(gè)或兩個(gè)以上的光學(xué)元件組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，為獲得好的像質(zhì)，滿足近軸光線條件，必須進(jìn)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(jìn)行粗調(diào)(目測(cè)調(diào)整)，第二步根據(jù)光學(xué)規(guī)律進(jìn)行細(xì)

7、調(diào)，常用的方法有自準(zhǔn)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(dòng)與讀數(shù)機(jī)構(gòu)，由于螺母與絲杠之間有螺紋間隙，往往在測(cè)量剛開始或剛反向轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠時(shí)，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(dòng)的機(jī)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(gè)讀數(shù)過程繼續(xù)沿同一方向前進(jìn)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(jì)指針是否指零。逐次逼近調(diào)節(jié)法在天平、電橋，電位差計(jì)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(cè)量中，經(jīng)常采用瞬間(而不是較長(zhǎng)時(shí)間)接通示零電路的方法來對(duì)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(yuǎn)離平衡狀態(tài)時(shí)保護(hù)儀表(例如電位差計(jì)實(shí)驗(yàn)中的標(biāo)準(zhǔn)電池和光點(diǎn)檢流計(jì))，使其免受長(zhǎng)時(shí)間的大電流沖擊；在接近平衡時(shí)，通過電路的瞬間通斷比較，提高檢測(cè)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(jī)誤差隨機(jī)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(zhǎng)，管壁磁漏可螺線管為無限長(zhǎng)，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(duì)音域（對(duì)音域（2020HZ-20KHZHZ-20KHZ）的辨別。的辨別。對(duì)音色的辨別。對(duì)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(shí)，求時(shí)，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(shí)實(shí)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(jìn))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(cè)量結(jié)果用修正值修正測(cè)量結(jié)果應(yīng)用測(cè)量技術(shù)消除系統(tǒng)誤差應(yīng)用測(cè)量技術(shù)消除系統(tǒng)誤差 (1)替代法 是在一定的測(cè)量條件下，對(duì)某一被測(cè)量進(jìn)行測(cè)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(biāo)準(zhǔn)量代替被測(cè)量，調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)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(shí)的標(biāo)準(zhǔn)量值等于被測(cè)量量值。 (2)交換法 這種方法就是將測(cè)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(cè)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(shí)用復(fù)稱法，焦距測(cè)定實(shí)驗(yàn)中將物與屏的位置互換進(jìn)行測(cè)量等。 (3)抵消法 當(dāng)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(shí)，可以考慮能否去抵消它。例如，霍爾法測(cè)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，為了附加電