物理实验设计性实验测量方法

•直接比较测量法
•间接比较测量法
•比较系统
• 水银的热膨胀去测量温度、用弹簧的形
• 变去测力等均为这类测量，此种测量称间
• 接比较测量法。
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比较法：
如：米尺.电表都是根据比较法设计而成 的仪器。
0
10
•X
•50 •10 •20
0
0
•m A
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•理 •论 由于理论推导中的近似,产生的 •系统误差
•如 ： • 螺线管为无限长，管壁磁漏可 •忽略。
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•人 • 为心理作用，读数（估计）偏大或偏小。
•生理因 素
•听觉
•嗅觉 •色觉 •视觉
•对音域（20HZ--
20KHZ）
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•2. 能量转换法——传感器转换法 •与参量转换不同，能量转换是利用—种运动 形式转换为另一种运动形式时物理量之间的 对应关系进行的间接测量。
•(1)热电转换 •(2)压电转换 •(3)光电转换 • (4)磁电转换
• (5)几何变化量与电学参量的转换
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•的辨别。 •对音色的辨别。
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•环境
•输入
•市电的干 扰
•光点检流计
•接近时， 静 •使电干扰， •光斑移动 •www.2238.cn 迅达商务资料网
•方 法
•内接
•VR ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱV A•A
•外接
•IR •A
•V
•V
• 用V作为VR的近似值
•IV
•时，求
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(1)替代法 是在一定的测量条件下，对某一被测量进行测量 ，使在仪器上得到某一状态(如指针指示零位、 天平平衡等)；再以同样性质的标准量代替被测 量，调整标准量值的大小，使在仪器上呈现出与 前者相同的状态，则此时的标准量值等于被测量 量值。
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• (2)交换法 • 这种方法就是将测量中的某些条件相互交换，
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• 8．逐次逼近调整 • 依据一定的判据，逐次缩小调整范围，使 系统较快地收敛于所需状态的方法称为逐 次逼近调节法。判据在不同的仪器中是不 同的，如天平是看天平指针是否指零，平 衡电桥是看检流计指针是否指零。
•逐次逼近调节法在天平、电 桥，电位差计等仪器的平衡 •调节中都要用到，
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系统误差的特征与规律
•线形(累进)变化 •变值系统误差 •非线形变化
•周期性变化 •复杂规律变化
•定值系统误差
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•消除系统误差 消除系统误差产生的根源
•用修正值修正测量结果
•应用测量技术消除系统误差
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•6．等高共轴调整
• 在由两个或两个以上的光学元件组成的实验系 统中，为获得好的像质，满足近轴光线条件，必须 进行共轴调整，即：使所有光学元件的光轴重合， 且其物面、屏面垂直于光轴。调整一般分为两步， 第一步进行粗调(目测调整)，第二步根据光学规律 进行细调，常用的方法有自准法和二次成像法。
使产生系统误差的原因对测量结果起相反的作用 ，从而抵消系统误差。例如，用天平称衡物体质 量时用复称法，焦距测定实验中将物与屏的位置 互换进行测量等。
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•9．先定性、后定量原则 • • 10．回路接线法 •11．跃接法
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•在示零法测量中，经常采用瞬间(而不是较长时 间)接通示零电路的方法来对平衡状态或平衡偏离 的方向作出判断。这样做的好处是，在远离平衡 状态时保护仪表(例如电位差计实验中的标准电池 和光点检流计)，使其免受长时间的大电流冲击； 在接近平衡时，通过电路的瞬间通断比较，提高 检测灵敏度
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•系统误差的分析与处理
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•误差的分类
•系统误差 •随机误差
•仪器误 差•方法误差 •环境误差 •人员误差
•装置误差
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•1. 系统误差
•仪器误 差
•天平不等臂所造成的 • 系统误差
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•5．调焦
• 在使用望远镜、显微镜和测微目镜等光学仪 器时，为了进行正确的测量或看清目的物，均需 进行调焦.例如望远镜要调节叉丝到物镜的距离使 之处于透镜的焦面上；使用显微镜要使被观察对 象处于物镜的工作距离处，而测微目镜则要使叉 丝在目镜的焦距内作适当的调节。这种调节统称 为调焦。
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•蜡烛成像
• 7．消除空程误差
• 由丝杠、螺母构成的转动与读数机构，由于螺母 与丝杠之间有螺纹间隙，往往在测量刚开始或刚 反向转动丝杠时，丝杠需转过一定角度才能与螺 母啮合。结果，与丝杠联结在一起的鼓轮已有读 数改变，而由螺母带动的机构尚未产生位移，造 成虚假读数而产生空程误差。 •保持整个读数过程继续沿同一方向前进 •切勿忽正忽反旋转．
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光杠杆放大
•S•1
q
q
q
q
D•L
•光杠杆
•d•2
•d•1
放大倍数=2S/d
取S=2m，d=80mm，
放大50倍
D•S
•望远镜
•S•0
•竖尺
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•3 转换法
• 转换测量法是根据物理量之间的各种效应 和定量函数关系，利用变换原理将不能或不 易测量的待测物理量转换成能测或易测的物 理量进行测量，然后再求待测物理量。
物理实验设计性实验测 量方法
2020年4月18日星期六
•物理实验的基本测量方法
•将待测的物理量直接或间接地与作为基准的 同类物理量进行比较，得到比值的过程，叫 做测量。
•比较法
•积累和放大法
•转换法 •模拟法
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• 1比 较 法
•就是把待测的物理量直接或间接地与作为基准( 或标准单位)的同类物理量进行比较，得到比值 的过程。
•参量转换法
•能量转换法两大类。
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转换法：对无法直接测量的量，转换为
对该量所产生的某种效应进行测量。 如：测酸、碱、盐溶液的浓度.
•I
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用压电传感器 测驾驶员座椅的 受力分布。
•粮食烘干装置
•传送带 •待测粮食
•待测粮食的含水量 与反射光强 I 有关
•比较系统 •有些比较要借助于或简或繁的仪器设备， 经过或简或繁的操作才能完成，此类仪器设 备称为比较系统。天平、电桥、电位差计等 均是常用的比较系统。 •为了进行比较，常用以下方法：
•(1)直读法 •(2)均衡法、补偿法或示零法 •(3)比率测量法 •(4) 交换法和替代法
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用压电传感器 测驾驶员座椅的 受力分布。
•粮食烘干装置
•传送带 •待测粮食
•待测粮食的含水量 与反射光强 I 有关
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干涉计量法:现代精密计量的基础。
•待测平面
•待测平面
•平晶
•平晶
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•2.2.4模拟法 •模拟测量法是根据相似性原理，人为地制造一个 类似于被研究的对象或运动过程的模型，用模型的 测试代替对实际对象的测试的实验方法。
•公式
（忽略了空气阻力等）
• 意大利科学 •比家伽利略在 •的萨斜塔上做 •验铁球落地实 •重。两个不同 •高量的铁球从 •时处落下，同 •理着地。说明 •况论在一般情 •下都能较准 •www.2238.cn 迅达商务资料网
• 下降时受空气 •阻力f与下落速度v •乃至 成正比，则 •f=v增m大g 一定值 •物体将作匀速直线 •运动，下落物体的 •极限速度约为
•2.积累和放大法
•在物理实验中我们常常可能遇到这样一些 问题，即受测量仪器精度的限制，或受人的 反应时间的限制，单次测量的误差很大或无 法测出待测量的有用信息，这就需要采用累 积放大法来进行测量。
•1m
•单摆的物理模型
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机械放大法：通过某种方法将被测量
放大后，再进行测量。
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•地 球
•直角反射 器
•月 球
•非光量的光
• 通过测测发射与接收两光信号的时
•间间隔
，在C已知的条件
•下，可知地球、月球之间距离为38万
•公里。激光具有良好的方向性。故制
•成各种激光测距仪。
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•非电量电测
• 利用声波反射，判断前方障碍物 •（冰山、暗礁、船只、鱼群等）。
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•4．消除视差的调整 •当刻度标尺与指示器或标识物不在同一平面时， 眼睛从不同方向观察会出现读数有差异或物与标 尺刻线有分离的现象，称为视差现象。为了测量 正确，实验时必须消除视差。消除视差的方法有 二：一是使视线垂直标尺平面读数。二是使标尺 平面与被测物密合于同一平面内。
•1. 几何模拟法
•2. 物理模拟法
•
•3. 数学模拟法
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模拟法：对不易测量的量，用对模型的
测量代替对原型的测量。
•+
•- q
q
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• 物理实验的 •基本操作技术
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• 1．仪器初态和安全位置 • 所谓“初态”是指仪器设备在进入正式调整、实 验前的状态。正确的初态可保证仪器设备安全，保 证实验工作顺利进行。
•2．零位(零点)调整
•零位校准有二种情况，一种是测量仪器本身 有零位校准器，如电表等，则可进行调整， 使仪器在测量前处于零位。另外一种，仪器 虽然零位不准，但无法调整、校准，如磨损 了的米尺、螺旋千分尺等，则需在测量前记 录最初读数，以备在测量结果中修正。
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•3．水平、铅直调整 •物理实验所用的仪器或装置中，有些需在水平 或铅直状态下才能正常工作。大部分需调整的仪 器自身就装有水准仪或悬锤，底座有二个或三个 (排成等边或等腰三角形)可调节的螺钉
如：螺旋测微计测长---
•把螺纹细分而进行放大。
•20 •0
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•电学放大法 • 电子学的放大电路将微弱的电信号放大后进行测 量，这就是电学放大法。随着微电子技术和电子器 件的发展，各种电信号的放大都很容易实现，因而 这一方法在电子仪器上应用十分普遍。
•光学放大法 •光学放大法分为视角放大和微小变化量(微小长 度、微小角度)放大两种。放大镜、显微镜和望 远镜等都属于视角放大的仪器。