物理实验的基本测量方法

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均衡法、补偿法或示零法
把标准值S选择或调节到与待测物理量X值相等，用于抵消(或补 偿)待测物理量的作用，使系统处于平衡(或补偿)状态。处于平衡 状态的测量系统，待测物理量X与标准值S具有确定的关系，这种 测量方法称为均衡法(或补偿法)。
特点
测量系统中包含有标准量具和平衡器(或示零器)，在测量过程中， 待测物理量X与标准量S直接比较，调整标准量S，使S与X之差为 零(故也有人称其为示零法)。这个测量过程就是调节平衡(或补偿) 的过程。
启和关闭秒表的平均反应时间为t=0.2s，则单次测量周
期的相对误差为t／T=10％。若我们测量50个周期，则
将由人开启和关闭秒表的平均反应时间引起的误差降
到t／50T=0.2％。
回旋加速器也是利用了累积放大的原理：电子每通过
加速器半圆的出口进行一次加速，使电子的能量不断
增加。
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机械放大法
如用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教测学p量pt 法。
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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：
直读法
均衡法、补偿法或示零法
E x 如：电位差计
I=0
E0
Ex
Ex
I=0
E0
小时 E x
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I=0
E0
E x大时
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比率测量法
将一个未知量X与一已知量S的某分数或倍 数进行比较，X=KS(K为比例系数，可由实验 定出)，从而得到未知量X值的方法。
例如惠斯顿电桥的倍率旋钮挡的设计，就是 利用了比率测量法的原理，即利用K(K=0.001， 0.01，0.1，1，10，100，1000)来达到改变量程 的目的。
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交换法和替代法
交换法 用天平称衡物体质量时，第一次称衡在左盘放置被 测物体，右盘放砝码，第二次称衡在右盘放置被测物 体，左盘放砝码，取两次称衡结果的几何平均值作为 被测物体的质量可以消除可能存在的天平不等臂误差 的影响。类似的测量方法称为交换法。
替代法 在用平衡电桥测电阻时，先接入待测电阻，调电桥平 衡，再用可调电阻箱替换待测电阻，并保持其它条件 不变，调电阻箱重新使电桥平衡，则电阻箱示值即为 被测电阻的阻值，类似的测量方法称为替代法。
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。
现在各种新型的高集成度的运算放大器不断涌现，电学 放大的放大率可以远高于其它放大方式。因此，常常把 其它物理量转换成电信号放大以后再转换回去(如压电转 换、光电转换、电磁转换等)。同样，为了避免失真，要 求电信号放大的过程也应尽可能是线性放大。
放大后，再进行测量。
如：螺旋测微计测长---
把螺纹细分而进行放大。
d
15 0
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累积放大法
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。
例如:
单摆实验的周期测量，假定单摆周期T为2.00s，人开
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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。
导电介质
+q
-q
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机械放大是利用力学量之间的几何关系进行转换放 大的一种最直观的放大方法。
螺旋测微原理是一种机械放 大。将螺距(螺旋进一圈的推 进距离)通过螺母上的圆周来 进行放大。放大率= D／d， 其中d是螺距，D是微分筒直 径。由于放大作用提高了测 量仪器的分辨率，从而提高 了测量精度。
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电学放大法
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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。这类仪器只是在观察中放大视角，并不 是实际尺寸的变化，所以并不增加误差。因而许多精密 仪器都是在最后的读数装置上加一个视角放大装置以提 高测量精度。
微小变化量的放大原理常用于检流计、光杠杆等装置中 。如测量微小长度变化的光杠杆镜尺法则是通过测量放 大的物理量来获得微小的长度变化。
比率测量法
交换法和替代法
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直读法
米尺测长、电流表测电流强度、电子秒 表测时间等，都是由标度尺示值或数字显示 窗示值直接读出被测值，称为直读法。
直读法操作简便实用，但它的测量精度 取决于标准量具(或测量仪器)的精度。因此， 标准量具和测量仪器一定要定期校准，还要 按照规定条件使用，否则就会产生很大的系 统误差。
优点 可以免去一些附加的系统误差，当系统具有高精度的标准量具和 平衡指示器时，可获得较高的分辨率、灵敏度及测量的精确度。
均衡法的运用是非常广泛的。例如等臂天平称重、
惠斯顿电桥(在比例臂为1：1时)测电阻、电位差计
测电压，以及各种平衡电桥的调节等。
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补偿法：用在标准量具上产生的精度很高
的某种效应，完全补偿由待测量产生的同种 效应，得到未知量的方法。
m
A
X
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比பைடு நூலகம்法
比较法可分为直接比较法和间接比较法。
● 直接比较测量法
把待测物理量X与已知其值的同类物理 量或标准量S相比较而直接获取量值的 方法。这种比较通常要借助仪器或标 准量具。
● 间接比较测量法
由于某些物理量无法进行直接比较测量，故需设法将待测物理量 转变为另一种能与已知标准量直接比较的物理量，当然这种转变 必须服从一定的单值函数关系。
交换法和替代法常被用来消除系统误差，提高测量的精
确度。
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积累和放大法
当待测量或待测信号数值过小无法测准时，可以将其 放大后再进行测量。由于待测物理量的不同，放大的原 理和方法也不同。
常用的放大法有以下几种：
累积放大法
机械放大法
电学放大法
光学放大法
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放大法：通过某种方法将被测量
物理实验的基本测量方法 系统误差的分析与处理 设计性实验
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测量的方法
比较、放大、补偿、模拟. 转换 非电量电测
非光量的光测 干涉计量
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比较法：是将被测量与相关标准量
进行直接或间接比较,得到测量值的 方法。如：米尺、电表都是根据比 较法设计而成的仪器。
50 100 200
0
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