物理學(xué)專業(yè)畢業(yè)論文 補(bǔ)償法在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

1、河西學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠(chéng)信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 二一一年五月三十日目錄目錄1補(bǔ)償法在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用20 引 言21 電壓補(bǔ)償法22 電流補(bǔ)償法53 光程補(bǔ)償法64 用補(bǔ)償法減小外界環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響74.1 對(duì)稱操作補(bǔ)償法74.2 散熱補(bǔ)償法94.3 電阻的溫度補(bǔ)償105

2、 結(jié)論10參考文獻(xiàn)11致 謝12河西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告13文獻(xiàn)綜述17補(bǔ)償法在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用摘要：在普通物理實(shí)驗(yàn)中，補(bǔ)償法的應(yīng)用十分普遍，常見(jiàn)的有溫度補(bǔ)償法、光程補(bǔ)償法、電壓補(bǔ)償法等，有關(guān)的文獻(xiàn)中這些方法已經(jīng)有詳盡的敘述，本節(jié)結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步闡述了補(bǔ)償法在完善物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、減小實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差中的應(yīng)用，并歸納、總結(jié)了補(bǔ)償法的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)補(bǔ)償法；校正；系統(tǒng)誤差A(yù)bstract:In the ordinary physics experiments, compensation method has been widely used.We often use these meth

3、ods:temperature compensation method、optical path compensation method、voltage compensation law and so on. These methods have detailed narration in related textbooks.This section with practical examples, expounds the compensation method in perfecting physically experimental design、reduce the applicati

4、on of experiment system error and induction and summarizes the advantages of compensation method. Keywords：physically experiment compensation act;correction; system error0 引言在物理實(shí)驗(yàn)的測(cè)量過(guò)程中，由于各種原因，如電表內(nèi)阻的存在、光程的不對(duì)稱等，使原有測(cè)量狀態(tài)受到影響。補(bǔ)償法就可以制造另一種因素去補(bǔ)償不合理因素的影響，使這種影響減弱或?qū)y(cè)量無(wú)影響。補(bǔ)償法大多用在補(bǔ)償測(cè)量和補(bǔ)償校正系統(tǒng)誤差兩個(gè)方面，在測(cè)量中是一種常用的精密測(cè)

5、量方法，它可以精確地測(cè)量某些物理量。1電壓補(bǔ)償法我們知道，任何電源都有一定的內(nèi)阻，測(cè)量電源兩極間的電位差時(shí)，與電源構(gòu)成通路，內(nèi)阻上就有電壓降落，因此，伏特表上指示的數(shù)值不是電源的電源電動(dòng)勢(shì)，而是它的端電壓。同樣用伏特表測(cè)量電路上兩點(diǎn)的電壓時(shí)，由于伏特表中總有點(diǎn)流通過(guò)，不可能不影響原來(lái)電壓值的測(cè)量，要想準(zhǔn)確的測(cè)量電動(dòng)勢(shì)或電壓，就必須想辦法消除這些誤差。電位差計(jì)就是利用電壓補(bǔ)償原理測(cè)量電動(dòng)勢(shì)或電位差的儀器。對(duì)于一段具有一定電壓的電路（或電源），并聯(lián)上一個(gè)可調(diào)電源（也可以是分壓電路的一部分），當(dāng)可調(diào)電源的電壓與電路上的電壓（或電動(dòng)勢(shì)的電勢(shì)）相等時(shí)，并聯(lián)回路中的電圖1-1 電壓補(bǔ)償原理流為零,稱為電壓

6、補(bǔ)償原理，如圖1-11所示。電壓補(bǔ)償原理的主要應(yīng)用就是測(cè)量電源的電動(dòng)勢(shì)，但不是圖1-1所示原理圖的簡(jiǎn)單應(yīng)用。因?yàn)閳D1-1并沒(méi)有解決如何準(zhǔn)確讀出可調(diào)電源的電壓，只要加檢測(cè)儀表，就會(huì)影響補(bǔ)償狀態(tài)。解決這一難題的辦法是實(shí)行二次補(bǔ)償：先用一個(gè)已知的電壓（電動(dòng)勢(shì)）與可調(diào)電源進(jìn)行補(bǔ)償，然后在相同條件下對(duì)待測(cè)電源進(jìn)行補(bǔ)償，將兩次補(bǔ)償結(jié)果進(jìn)行比較，即可求出待測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)。用作已知電壓的電源為標(biāo)準(zhǔn)電池，其電動(dòng)勢(shì)為1.0186V。實(shí)用的補(bǔ)償電路如圖1-2所示。圖1-2所示的電路包括兩個(gè)部分：有工作電源E、電阻箱和電阻絲AB（實(shí)驗(yàn)中的電位補(bǔ)償板）構(gòu)成的工作回路和由未知電源、檢流計(jì)G、滑線變阻器R和滑動(dòng)點(diǎn)M、N間的電

7、阻組成的補(bǔ)償回路。改變M、N的位置可得到不同的電位差,若調(diào)節(jié)M、N在某一位置時(shí)，檢流計(jì)中無(wú)電流流過(guò)，則表明 圖1-2 電壓補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)裝置（1-1）若此時(shí)通過(guò)AB的電流為，則，故（1-1）式為（1-2）先把開關(guān)K合向，固定為某一個(gè)數(shù)值，調(diào)整M、N兩點(diǎn)的位置（也可以先固定M、N兩點(diǎn)的位置，改變的值），使檢流計(jì)的指示值為零，這時(shí)，設(shè)MN端的電阻為，則AB中的電流為（1-3）在保持電流不變（不要改變）的情況下不，將開關(guān)K合向，改變M、N兩點(diǎn)的位置，使檢流計(jì)G的指示值再次為零。這時(shí)兩點(diǎn)的新位置、間的電阻為，電壓，而 （1-4）則（1-5）由（1-3）式和（1-5）式兩式可得（1-6）由于電阻絲AB各處的截

8、面積相等，電阻率也相同，故兩次的電阻之比等于兩次長(zhǎng)度之比，設(shè)與這兩個(gè)電阻值對(duì)應(yīng)的電阻絲長(zhǎng)度分別為和，則（1-6）式化為（1-7）結(jié)果表明利用二次電壓補(bǔ)償可以將對(duì)電阻的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)長(zhǎng)度的測(cè)量。2電流補(bǔ)償法a）當(dāng)我們?cè)谝浑娐分写腚娏鞅頊y(cè)量其電流時(shí)，往往由于電流表的內(nèi)阻而使測(cè)量值較原電路的真實(shí)值為?。ㄈ鐖D2-1）。為此我們可以設(shè)計(jì)如圖2-2所示電路圖。圖2-1 圖2-2在這個(gè)電路中多了一個(gè)回路，且原回路通過(guò)檢流計(jì)G的電流方向正好與第二個(gè)回路通過(guò)檢流計(jì)的方向相反。這樣做的目的，就是用第二個(gè)回路的電流將原回路通過(guò)檢流計(jì)的電流“補(bǔ)償”使得通過(guò)檢流計(jì)的電流為零，從而檢流計(jì)兩端的電流相等，就相當(dāng)于B、C兩點(diǎn)

9、接在一起，此時(shí)原回路中的電流值就是需要測(cè)量的真實(shí)電流值。顯然，第二個(gè)回路中的電流值與之相等。這樣，電流表A中所顯示的電流值就是真是測(cè)量結(jié)果，且較為直接。在實(shí)驗(yàn)中，只需調(diào)整變阻，使得檢流計(jì)的指針為零，就可達(dá)到測(cè)量的目的。b）電流補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)的方法和結(jié)果，電流補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)實(shí)際使用的電路如圖2-3，圖中就相當(dāng)于圖2-2中的；并聯(lián)的、阻值較小，目的是起到微調(diào)的作用，使得檢流計(jì)的調(diào)零更為方便；與檢流計(jì)串接的電阻和電鍵K都是保護(hù)檢流計(jì)的，使之不會(huì)被沖擊電流損壞。當(dāng)然圖2-3應(yīng)很大，我們用的是7800的。另外，變阻器的變化范圍要大一些，同時(shí)第二個(gè)回路電源的應(yīng)大于原回路的，且要相當(dāng)穩(wěn)定（這可以由一個(gè)穩(wěn)壓電源來(lái)提供）。

10、只有這樣，才能保證第二個(gè)回路通過(guò)檢流計(jì)的電源足以“補(bǔ)償”掉原回路的電流。為了得到令人滿意的結(jié)果，還應(yīng)要求檢流計(jì)有很高的靈敏度，同時(shí)還應(yīng)在小電流的情況下進(jìn)行測(cè)量比較。用電流補(bǔ)償法和直接用電流表的測(cè)量比較。我們做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，是在50mA左右進(jìn)行測(cè)量的，所用的檢流計(jì)是靈敏度很高的AC5/4型直流指針式檢流計(jì)，而電源不過(guò)用的是1.5V的半舊干電池，但測(cè)量的結(jié)果與理論相符，令人滿意（見(jiàn)表2-1、2-2）表2-1 用電流補(bǔ)償法測(cè)量的結(jié)果測(cè)量次數(shù)1234545.345.245.345.245.2表2-2 直接用電流表測(cè)量的結(jié)果測(cè)量次數(shù)1234542.542.642.542.542.6最后應(yīng)說(shuō)明一下，測(cè)量前，

11、最好先直接用電流表分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)回路的電流，調(diào)整使得兩電流值相近，再按圖2-3接好電路，然后調(diào)整或，以達(dá)到目的。這樣做既避免了沖擊電流，調(diào)零又方便。由電流補(bǔ)償法的原理和測(cè)得的結(jié)果可以看出，電流補(bǔ)償法的結(jié)果是比較“直接”可信的。3光程補(bǔ)償法邁克爾遜干涉儀是光學(xué)實(shí)驗(yàn)中最常用的精密測(cè)量?jī)x器之一。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置中有2塊材料相同、厚度均勻且相等的平行玻璃片和。在的一個(gè)表面鍍有半透明的薄銀層，而稱為補(bǔ)償板5。補(bǔ)償板是邁克爾遜干涉儀中一個(gè)非常重要的器件，安裝玻璃片的目的是補(bǔ)償光程，補(bǔ)償兩相干光束因通過(guò)玻璃片次數(shù)不同而引起的附加光程，從而形成一系列同心等傾干涉圓環(huán)。若拿掉補(bǔ)償板后，由于兩臂光程不對(duì)稱，光程差將發(fā)

12、生變化，就不能觀察到形狀隨光程差變化的等傾干涉原圖樣?？梢?jiàn)，補(bǔ)償法的運(yùn)用使實(shí)驗(yàn)裝置更加完善合理。另外，補(bǔ)償法在工程技術(shù)方面也有著廣泛的應(yīng)用，比如獲得零磁場(chǎng)環(huán)境，溫度補(bǔ)償傳感器等等。4 用補(bǔ)償法減小外界環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響物理實(shí)驗(yàn)總是在某一特定環(huán)境中完成的,環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的影響是難免的。例如力學(xué)中接觸面的摩擦和空氣的阻力、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與外界的熱交換、電學(xué)實(shí)驗(yàn)中溫度對(duì)電阻的影響等。在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí),均應(yīng)考慮怎樣消除或減小這些影響。4.1 對(duì)稱操作補(bǔ)償法在實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)增加一些因素,用補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ窒驕p小那些難以避免的外界條件的影響。以下對(duì)在氣墊導(dǎo)軌上驗(yàn)證牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)作出具體分析。該實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理

13、實(shí)驗(yàn)中最基本的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中影響測(cè)量的主要因素是空氣阻力,有關(guān)文獻(xiàn)介紹了對(duì)空氣阻力的影響進(jìn)行定量的修正,可以提高測(cè)量的精確度。為了避開空氣阻力的影響,也可以設(shè)計(jì)測(cè)量一組對(duì)稱的空氣阻力作用,以達(dá)到相互抵消即補(bǔ)償?shù)淖饔脕?lái)提高測(cè)量的精確度。如圖4-1所示,設(shè)質(zhì)量為m 的滑塊在傾斜的氣墊導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng),A、B為光電門,b為阻尼常數(shù),滑塊向右下滑動(dòng)時(shí)有： （4-1）滑塊向左上滑動(dòng)時(shí)有 （4-2）若則以上兩式相加可得 （4-3）顯然,令，則F和a呈線性關(guān)系,這里的空氣阻力通過(guò)設(shè)計(jì)的滑塊向上和向下的對(duì)稱補(bǔ)償?shù)靡缘窒?故不必再考慮空氣阻力的影響,從而可以達(dá)到校正實(shí)驗(yàn)中的系統(tǒng)誤差,提高測(cè)量精度的目的7。具體做法

14、是：將導(dǎo)軌一端墊高h(yuǎn)后,使滑塊由導(dǎo)軌左端某點(diǎn)C由靜止開始下滑,經(jīng)最右端的緩沖彈簧彈到點(diǎn)D靜止,則每次從C靜止下滑時(shí),記錄彈回向左運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)。同時(shí),為了使必須在C, D之間選擇合適的某點(diǎn)E,從該點(diǎn)靜止下滑時(shí)記錄向右運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)。此外,在物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和操作中,會(huì)出現(xiàn)由于某些待測(cè)物理量分布的不對(duì)稱或?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)的操作不對(duì)稱使系統(tǒng)測(cè)量的誤差增大的情況,如果對(duì)這些不對(duì)稱的物理量增加對(duì)稱的測(cè)量,將不對(duì)稱的操作設(shè)計(jì)成對(duì)稱的操作,這樣就可使不對(duì)稱在一定條件下變?yōu)閷?duì)稱分布,從而使系統(tǒng)誤差中的兩部分相互補(bǔ)償而抵消,以有效地減小實(shí)驗(yàn)的誤差。如在精密稱衡時(shí)，由于天平橫梁的左右臂有少許差異，由此而引入的系統(tǒng)誤差就要通過(guò)對(duì)稱

15、操作補(bǔ)償法來(lái)減小。設(shè)天平橫梁左臂長(zhǎng)，右臂長(zhǎng)先將質(zhì)量為m的物體放于左盤上稱量，右盤加砝碼，橫梁水平，然后對(duì)調(diào)位置，左盤加上砝碼，橫梁水平，式（4-4）必成立。（4-4） （4-5）由式（4-4）和（4-4）可得令，則有考慮到，將上式展開并取一階近似有8（4-6）式（4-6）即為待測(cè)物質(zhì)量，這樣就減少了由于天平左右兩臂不等而引入的系統(tǒng)誤差。圖4-1 補(bǔ)償法驗(yàn)證牛頓第二定律示意圖圖4-2混合法測(cè)固體比熱容的散熱補(bǔ)償原理4.2散熱補(bǔ)償法用混合法測(cè)量物質(zhì)比熱或熔解熱的實(shí)驗(yàn)是將實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)作為一個(gè)理想的絕熱系統(tǒng)來(lái)處理的,但由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)混合物質(zhì)質(zhì)量配置和初溫設(shè)置的要求都比較苛刻,且系統(tǒng)的過(guò)程散熱較難控制,因此

16、,考慮到數(shù)據(jù)分析時(shí)系統(tǒng)吸熱和放熱與實(shí)際過(guò)程的不對(duì)稱,通常用散熱補(bǔ)償法對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行散熱修正。散熱補(bǔ)償法是采用系統(tǒng)混合過(guò)程向環(huán)境散熱與向環(huán)境吸熱相互抵消的原理,用作圖法來(lái)分析并使整個(gè)混合過(guò)程系統(tǒng)與環(huán)境的熱量交換趨于零。即控制量熱器的初溫高于室溫, 混合后的末溫低于室溫,并使（-）大體上等于（-）。在如圖4-2所示的溫- 時(shí)曲線中,室溫線位于整條溫- 時(shí)曲線的稍偏下方,當(dāng)系統(tǒng)溫度與室溫之差小于20范圍時(shí)利用牛頓冷卻定律有根據(jù)曲線積分的幾何意義,若面積,則可保證。這樣就能使吸熱和放熱相互補(bǔ)償并由此可確定出較合理的初溫和末溫。實(shí)驗(yàn)過(guò)程要注意和的數(shù)值不宜比室溫相差過(guò)多（控制在2-3左右即可）,因?yàn)闇囟冗^(guò)低

17、可能使量熱器附近的溫度降到零點(diǎn),致使量熱器外側(cè)出現(xiàn)凝結(jié)水,而在溫度升高后這些凝結(jié)水蒸發(fā)時(shí)將散失較多的熱量，否則就難以確定出合理的初、末溫度。4.3電阻的溫度補(bǔ)償在有些電學(xué)實(shí)驗(yàn)中,要求有較準(zhǔn)確的電阻值,而一般電阻的阻值都是隨溫度的升高而變大的,這樣就會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。解決這個(gè)問(wèn)題的方法就是用熱敏元件來(lái)作相應(yīng)的補(bǔ)償。最簡(jiǎn)單的方法是將一個(gè)熱敏元件與電阻并聯(lián),當(dāng)溫度升高時(shí)電阻的阻值就變大,熱敏元件的阻值變小,這樣總電阻就得到補(bǔ)償從而使之基本不變。由于很多半導(dǎo)體元件對(duì)溫度比一般電阻更加敏感,因此溫度補(bǔ)償電路在電子線路中得到普遍應(yīng)用。5結(jié)論（1） 電位差計(jì)是根據(jù)補(bǔ)償法設(shè)計(jì)出的一分壓裝置，它將被測(cè)電壓和標(biāo)準(zhǔn)電

18、動(dòng)勢(shì)加以比較。的值僅取決于電阻比及標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)，因而利用補(bǔ)償法能夠達(dá)到較高的測(cè)量準(zhǔn)確度。（2） 用補(bǔ)償法“校準(zhǔn)”和“測(cè)量”時(shí)，檢流計(jì)兩次均指零，表明測(cè)量時(shí)既不從回路內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)源（通常用標(biāo)準(zhǔn)電池）中吸取電流，也不從測(cè)量回路中吸取電流。因此，補(bǔ)償法不改變被測(cè)回路的原有狀態(tài)及電壓等參量，同時(shí)可避免測(cè)量回路中，導(dǎo)線電阻、標(biāo)準(zhǔn)電池的內(nèi)阻及被測(cè)回路中等效內(nèi)阻對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度影響，這是補(bǔ)償法測(cè)量準(zhǔn)確度較高的另一原因。（3） 通過(guò)以上幾個(gè)方面對(duì)運(yùn)用補(bǔ)償法實(shí)例的分析與討論，充分證明了補(bǔ)償法是一種行之有效的解決物理問(wèn)題的好辦法。但需要指出的是并不是所有的難以解決的物理問(wèn)題都能用補(bǔ)償法來(lái)解決，要具體問(wèn)題具體分析，不能

19、盲目的補(bǔ)償，否則不但不能解決實(shí)際問(wèn)題還可能導(dǎo)出錯(cuò)誤的結(jié)論。參考文獻(xiàn)1趙維義.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程M.清華大學(xué)出版社,2007.11(103-108)2張雄,王黎智,馬力.物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究M.科學(xué)出版社,2001(127-130)3丁益民,徐揚(yáng)子.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)與綜合部分M科學(xué)出版社,2008(108-111)(250-256)4唐文強(qiáng),韋名德,楊端.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)M.北京理工大學(xué)出版社,2007.2 5周殿清,張文炳,馮輝.基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)M.科學(xué)出版社,20096張志東,魏懷鵬,展永.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)（第二版)M.科學(xué)出版社,2007(162-166)7吳鋒,李端勇.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)基本篇（第二版）M.科

20、學(xué)出版社,2009(39)(83-92)8朱莉.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)M.吉林人民出版社,2005.7(90-97)9 王克強(qiáng),潘玲珠.通用物理實(shí)驗(yàn)M.中山大學(xué)出版社,2005.2(18)(65-70)致謝時(shí)光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時(shí)節(jié)，春夢(mèng)秋云，聚散真容易。離校日期已日趨臨近，畢業(yè)論文的的完成也隨之進(jìn)入了尾聲。從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、同學(xué)、朋友給我熱情的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！河西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告論 文 題 目補(bǔ)償法在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用作 者姓名姜 康所屬專業(yè)、年級(jí)物理與機(jī)電工程學(xué)院物理系07級(jí)3班指 導(dǎo) 教 師韓振海預(yù)計(jì)字?jǐn)?shù)5000開題日期選題的

21、根據(jù)：1）說(shuō)明本選題的理論、實(shí)際意義2）綜述有關(guān)本選題的研究動(dòng)態(tài)和自己的見(jiàn)解在測(cè)量過(guò)程中，由于各種原因，如電表內(nèi)阻的存在、光程的不對(duì)稱等，使原有測(cè)量狀態(tài)受到影響。補(bǔ)償法就可以制造另一種因素去補(bǔ)償不合理因素的影響，使這種影響減弱或?qū)y(cè)量無(wú)影響。補(bǔ)償法大多用在補(bǔ)償測(cè)量和補(bǔ)償校正系統(tǒng)誤差兩個(gè)方面，在測(cè)量中是一種常用的精密測(cè)量方法，它可以精確地測(cè)量某些物理量。補(bǔ)償法的應(yīng)用十分普遍，常見(jiàn)的有溫度補(bǔ)償法、光程補(bǔ)償法、電壓補(bǔ)償法等，有關(guān)的文獻(xiàn)中這些方法已經(jīng)有詳盡的敘述，本節(jié)將要結(jié)合實(shí)例進(jìn)一步闡述補(bǔ)償法在完善物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、減小實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差中的應(yīng)用，并歸納、總結(jié)補(bǔ)償法的優(yōu)點(diǎn)。主要內(nèi)容及其主要的研究方法：1）主要

22、內(nèi)容： a.電壓補(bǔ)償法:詳細(xì)介紹電壓補(bǔ)償法原理，理論分析結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究，得出電壓補(bǔ)償法的優(yōu)點(diǎn)。b.電流補(bǔ)償法：介紹電流補(bǔ)償法原理，比較補(bǔ)償法測(cè)電流和伏安法測(cè)電流，得出結(jié)論。 c.光程補(bǔ)償法：介紹光程補(bǔ)償法的主要應(yīng)用，即邁克爾遜干涉儀的工作原理。d.用補(bǔ)償法減小外界環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響：舉例說(shuō)明對(duì)稱操作補(bǔ)償法、散熱補(bǔ)償法、電阻的溫度補(bǔ)償法，各自的補(bǔ)償原理。e.結(jié)論：總結(jié)出補(bǔ)償法的優(yōu)點(diǎn)。2）研究方法：理論分析各種物理實(shí)驗(yàn)補(bǔ)償法，比較各自的優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)不同的問(wèn)題應(yīng)用不同的補(bǔ)償法來(lái)解決，力求使結(jié)果精確；通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證理論分析。完成期限和采取的主要措施：完成期限：2010.122011. 6.1主要措施：1

23、、查閱有關(guān)資料，熟悉選題要求。 2、整理資料，定下初稿。 3、理論分析結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究。主要參考資料：1趙維義.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程M.清華大學(xué)出版社,2007.11(103-108)2張雄,王黎智,馬力.物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與研究M.科學(xué)出版社,2001(127-130)3丁益民,徐揚(yáng)子.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)與綜合部分M科學(xué)出版社,2008(108-111)(250-256)4唐文強(qiáng),韋名德,楊端.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)M.北京理工大學(xué)出版社,2007.2 5周殿清,張文炳,馮輝.基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)M.科學(xué)出版社,20096張志東,魏懷鵬,展永.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)（第二版)M.科學(xué)出版社,2007(162-166)7吳鋒,李端勇.大

24、學(xué)物理實(shí)驗(yàn)基本篇（第二版）M.科學(xué)出版社,2009(39)(83-92)8朱莉.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)M.吉林人民出版社,2005.7(90-97)指導(dǎo)教師意見(jiàn)：簽 名：年 月日教研室意見(jiàn)負(fù)責(zé)人簽名：年 月 日系（部） 意 見(jiàn)負(fù)責(zé)人簽名： 年 月日文獻(xiàn)綜述0 引文測(cè)量過(guò)程中，由于各種原因，如電表內(nèi)阻的存在、光程的不對(duì)稱等，使原有測(cè)量狀態(tài)受到影響。補(bǔ)償法就是可以制造另一種因素去補(bǔ)償不合理因素的影響，使這種影響減弱或?qū)y(cè)量無(wú)影響。補(bǔ)償法大多用在補(bǔ)償測(cè)量和補(bǔ)償校正系統(tǒng)誤差兩個(gè)方面，在測(cè)量中是一種常用的精密測(cè)量方法，它可以精確地測(cè)量某些物理量。1補(bǔ)償測(cè)量法若某測(cè)量系統(tǒng)受某種作用產(chǎn)生A效應(yīng)，同時(shí)受另一種同類作用產(chǎn)

25、生B效應(yīng)，若果B效應(yīng)的存在使A效應(yīng)顯示不出來(lái)，就叫B對(duì)A進(jìn)行了補(bǔ)償。在普通物理實(shí)驗(yàn)中，補(bǔ)償法的應(yīng)用十分普遍，常見(jiàn)的有溫度補(bǔ)償法、光程補(bǔ)償法、電壓補(bǔ)償法等，有關(guān)的教科書中這些方法已經(jīng)有詳盡的敘述，本節(jié)結(jié)合實(shí)例闡述了補(bǔ)償法在完善物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、減小實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差中的應(yīng)用并歸納、總結(jié)了補(bǔ)償法的優(yōu)點(diǎn)。1.1補(bǔ)償測(cè)量設(shè)系統(tǒng)中A效應(yīng)的量值為測(cè)量對(duì)象，但由于物理量A不能直接測(cè)量或難以測(cè)準(zhǔn)，就用人為方法制造出一個(gè)B效應(yīng)與A補(bǔ)償，制造B效應(yīng)的原則是B效應(yīng)的量值應(yīng)易于測(cè)量或已知。這樣，用測(cè)量B效應(yīng)的方法求出A效應(yīng)。完整的補(bǔ)償測(cè)量系統(tǒng)由待測(cè)裝置、補(bǔ)償裝備、測(cè)量裝置和指零裝置組成。待測(cè)裝置產(chǎn)生待測(cè)效應(yīng)，要求待測(cè)量盡量穩(wěn)定

26、，便于補(bǔ)償。補(bǔ)償裝置產(chǎn)生補(bǔ)償效應(yīng)，要求補(bǔ)償量值準(zhǔn)確，達(dá)到設(shè)計(jì)精度。測(cè)量裝置將待測(cè)量與補(bǔ)償量聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行比較。指零裝置是一個(gè)比較器，由它來(lái)指示待測(cè)量與補(bǔ)償量是否達(dá)到完全補(bǔ)償。只有補(bǔ)償裝置所用儀器和示零裝置的精度足夠高才能使補(bǔ)償測(cè)量具有足夠高的精度。電位差計(jì)和電橋均屬補(bǔ)償測(cè)量。但要注意，由于待測(cè)量和補(bǔ)償量要進(jìn)行比較，所以補(bǔ)償法又包含了比較法。用電勢(shì)差計(jì)測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)，就是采用補(bǔ)償法的典型例子。當(dāng)用電壓表直接測(cè)量干電池的電動(dòng)勢(shì)時(shí)，由于干電池內(nèi)阻的存在，不可避免的要產(chǎn)生電勢(shì)降落，電壓表測(cè)出的不是干電池的電動(dòng)勢(shì)而是端電壓。若用一個(gè)電勢(shì)可調(diào)的電源與待測(cè)電動(dòng)勢(shì)反串聯(lián)，并在電路中接入檢流計(jì)，調(diào)節(jié)使檢流計(jì)指針指

27、零，這時(shí)兩個(gè)電源電動(dòng)勢(shì)大小相等，方向相反。即用已知的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)去抵消了待測(cè)電動(dòng)勢(shì)，使測(cè)量電路處于“補(bǔ)償”狀態(tài)，補(bǔ)償狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)勢(shì)的值就等于待測(cè)電動(dòng)勢(shì)的值。另外如電流補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償、光程補(bǔ)償?shù)?，在精密測(cè)量和自動(dòng)控制中也被廣泛采用。1.2 補(bǔ)償法校正系統(tǒng)誤差測(cè)量中，往往由于存在某些不合理因素而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，且無(wú)法排除。于是人們想辦法制造另一種因素去補(bǔ)償不合理因素，使得這種影響消失、減弱或?qū)y(cè)量結(jié)果無(wú)影響，這個(gè)過(guò)程就是用補(bǔ)償法校正系統(tǒng)誤差。2 電源電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)是描述電源性質(zhì)的重要物理量。電源的電動(dòng)勢(shì)是和非靜電力的功密切聯(lián)系的。所謂非靜電力，主要是指化學(xué)力和磁力。在電源內(nèi)部，非靜電力把正電荷從負(fù)極板

28、移到正極板時(shí)要對(duì)電荷做功，這個(gè)做功的物理過(guò)程是產(chǎn)生電源電動(dòng)勢(shì)的本質(zhì)。非靜電力所做的功，反映了其他形式的能量有多少變成了電能。因此在電源內(nèi)部，非靜電力做功的過(guò)程是能量相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程。電源的電動(dòng)勢(shì)正是由此定義的，即非靜電力把正電荷從負(fù)極移到正極所做的功與該電荷電量的比值，稱電源的電動(dòng)勢(shì)。用公式表示為EWq。由上式可知，電動(dòng)勢(shì)的物理意義為，在電源內(nèi)部，非靜電力把單位正電荷從負(fù)極移送到正極時(shí)所做的功。電動(dòng)勢(shì)與電勢(shì)差（電壓）是容易混淆的兩個(gè)概念。前面已講過(guò)，電動(dòng)勢(shì)是表示非靜電力把單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極所做的功；而電勢(shì)差則表示靜電力把單位正電荷從電場(chǎng)中的某一點(diǎn)移到另一點(diǎn)所做的功。它們是完全不同

29、的兩個(gè)概念。電源的路端電壓是指電源加在外電路兩端的電壓，是靜電力把單位正電荷從正極經(jīng)外電路移到負(fù)極所做的功。電源的電動(dòng)勢(shì)對(duì)一個(gè)固定電源來(lái)說(shuō)是不變的，而電源的路端電壓卻是隨外電路的負(fù)載而變化的。它的變化規(guī)律服從含源電路的歐姆定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為，式中U為路端電壓，Ir為電源的內(nèi)電壓，也叫內(nèi)壓降。對(duì)于確定的電源來(lái)說(shuō)，電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)電阻r都是一定的，從上式可以看出，路端電壓U跟電路中的電流有關(guān)系。電流I增大時(shí)，內(nèi)壓降Ir增大，路端電壓U就減??；反之，電流I減小時(shí)，路端電壓U就增大。在電源放電的情況下，當(dāng)外電路中沒(méi)有反電動(dòng)勢(shì)時(shí)，路端電壓UIR（R是外電路的總電阻）。根據(jù)含源電路的歐姆定律可得，即電流I

30、的大小隨外電阻R而變化。因此，路端電壓U也隨外電阻R而變化。R增大時(shí)，I減小，U增大；R減小時(shí)，I增大，U減小。當(dāng)外電路斷開時(shí)，R變?yōu)闊o(wú)限大，I 變?yōu)榱?，?nèi)壓降Ir也變?yōu)榱?，這時(shí)路端電壓等于電源的電動(dòng)勢(shì)。但是不能認(rèn)為路端電壓一定小于電動(dòng)勢(shì)。在電源被充電時(shí)，電源內(nèi)部的電流是從電源正極流向負(fù)極，內(nèi)壓降的方向與電動(dòng)勢(shì)的方向相反，電源的電動(dòng)勢(shì)是反電動(dòng)勢(shì)，這時(shí)路端電壓等于電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)壓降之和，即U=E+Ir，路端電壓大于電動(dòng)勢(shì)。3系統(tǒng)誤差（Systematic error）系統(tǒng)誤差又叫做規(guī)律誤差。它是在一定的測(cè)量條件下，對(duì)同一個(gè)被測(cè)尺寸進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量時(shí)，誤差值的大小和符號(hào)（正值或負(fù)值）保持不變；或者在條

31、件變化時(shí)，按一定規(guī)律變化的誤差。系統(tǒng)誤差的來(lái)源有以下方面：（1）儀器誤差這是由于儀器本身的缺陷或沒(méi)有按規(guī)定條件使用儀器而造成的。如儀器的零點(diǎn)不準(zhǔn)，儀器未調(diào)整好，外界環(huán)境（光線、溫度、濕度、電磁場(chǎng)等）對(duì)測(cè)量?jī)x器的影響等所產(chǎn)生的誤差。（2）理論誤差（方法誤差）這是由于測(cè)量所依據(jù)的理論公式本身的近似性，或?qū)嶒?yàn)條件不能達(dá)到理論公式所規(guī)定的要求，或者是實(shí)驗(yàn)方法本身不完善所帶來(lái)的誤差。例如熱學(xué)實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有考慮散熱所導(dǎo)致的熱量損失，伏安法測(cè)電阻時(shí)沒(méi)有考慮電表內(nèi)阻對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響等。（3）個(gè)人誤差這是由于觀測(cè)者個(gè)人感官和運(yùn)動(dòng)器官的反應(yīng)或習(xí)慣不同而產(chǎn)生的誤差，它因人而異，并與觀測(cè)者當(dāng)時(shí)的精神狀態(tài)有關(guān)。系統(tǒng)誤差有些是定值的，如儀器的零點(diǎn)不準(zhǔn)，有些是積累性的，如用受熱膨脹的鋼質(zhì)米尺測(cè)量時(shí)，讀數(shù)就小于其真實(shí)長(zhǎng)度。需要注意的是，系統(tǒng)誤差總是使測(cè)量結(jié)果偏向一邊，或者偏大，或者偏小，因此，多次測(cè)量求平均值并不能消除系統(tǒng)誤差。電腦在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中，也會(huì)有誤差，如在處數(shù)據(jù)型字段的時(shí)候，由于處理位數(shù)的不一樣，所得結(jié)果是有誤差的，與我們計(jì)算中采用四舍五入法得出的結(jié)果類似。4 補(bǔ)償法的最新應(yīng)用一、EWB-D型低壓無(wú)功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置：適用于交流50 Hz、額定電壓在660 V以下，負(fù)載功率變化較大，對(duì)電壓波動(dòng)和功率因數(shù)有較高要求的電力、汽車、石油、化工、冶金、鐵路、港口、煤礦、油田等行業(yè)。二、EG