物理实验中的测量方法

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1、物理实验中的测量方法摘要：联系本学期做过的物理实验，对所用到的测量方法，包括比较法、放大法、补偿法、模拟法等等做了介绍和总结。关键词：测量方法比较法放大法补偿法模拟法光学法转换法Physics Experiment measurementAbstract： Contact this semester of physics experiments done on the use of measurement methods, including comparative , the amplification method, compensation , and so on simulation

2、introduced and concluded.Key Words： Measurement Methods , Comparative , the amplification method, compensation , the analog method, optical method, conversion物理测量是泛指以物理理论为基础，以实验仪器装置和实验技术手段进行测量的过程。 测量结果与测量方法密切相关。同一物理量，在不同的量值范围，测量方法可能不同。即使 在同一量值范围，对测量不确定度的要求不同就可能要选择不同的测量方法。以下就本学期做过的物理实验对所涉及的几种测量方法做一下总

3、结。比较法比较法就是将被测量与标准量进行比较而得到测量值的方法。可见，所有的测量广义上 来讲都属于比较测量。比较法又分为直接比较法和间接比较法。直接比较法是将被测量与已知的同类物理量或标准量直接进行比较。主要是指与以实物 量具复现的同类量直接比较而获得被测量的方法。例如用游标卡尺测量长度，用量杯测量液 体体积，用砝码在等臂天平上测量质量等均属于直接比较测量方法。间接比较是利用物理量之间的函数关系，先制成与被测量有关的仪器或装置，再利用这 些仪器或装置与被测物理量进行比较。例如，在测量待测电阻时，用万用电表可以直接给出 电阻值，即直接测量法。也可用图中的测量方法间接给出待测电阻的阻值。保持稳压电

4、源输 出电压V不变，调节标准电阻三的阻值，使得开关K在“1 ”、“2”位置时电流表的指示不K s变，可得到二 =二=V/I又例如，对简谐变化的交流信号的频率测量有许多种实现方式，如用频谱仪、示波器等 仪器均可直接测量。也可以将待测信号与可调的标准信号同时输入示波器进行合成，通过观 察合成信号的李萨如图形，由标准信号得到被测信号的频率。二放大法在物理量的测量中，对于一些微小量，如微小长度、微弱电流、微弱电信号等，如果采 用常规的测量方法，或者不能测量，或者精度不高，这是我们会采用放大法。累积放大：对某些物理量单次测量可能会产生较大的误差，如测量单摆的周期、等厚干 涉相邻明条纹的间隔、纸张的厚度等

5、等，此时可将这些物理量累积放大若干倍后再进行测量， 以减小测量误差、提高测量精度。机械放大：这是通过机械原理和装置加以放大。测量长度所用的游标卡尺，螺旋测微器， 就是分别利用游标原理、丝杠鼓轮机机械使读书更为精确。电信号的放大：物理实验中最常用的技术之一，包括电压放大、电流放大、功率放大等。 由于电信号放大技术成熟且易于实现，所以也常将其他非电量转换为电量放大后再进行测 量。例如利用光电效应法测普朗克常数的实验中，是将微弱光信号先转换为电信号再放大后 进行测量。光学放大：当被测物体的被测限度很小时，由于人的视力限制及操作上的限制，应用一 般测量仪器无法进行直接测量，这时常用显微镜将被测物体放大

6、后再进行测量。另外，当被 测物体相距较远又不便接近时，则可以先用望远镜得到被测物体的像在进行测量。我们做过的实验“静态拉伸法测弹性模量”中光杠杆镜尺组的作用就是如此，将微小的 长度变化量的测量转为在望远镜中标尺上的读数变化。三补偿法补偿法就是在测量中，通过一个标准的物理量产生与待测物理量等量或相同的效应，用 于补偿待测物理量的作用，使测量系统处于平衡状态，从而得到待测量与标准量之间的确定 关系。电位差计是测量电压的精密仪器，其基本原理就是“补偿法”，另外，在迈克耳逊干 涉仪中有一个补偿板，正是为了补偿光在第一个分束镜上引入的光程差。四模拟法模拟法是一种间接测量方法，对一些特殊的研究对象人为地制

7、造一个类似的模型来进行 实验。模拟法能方便地使自然现象重现，可将抽象的理论具体化，可进行单因素或多因素的 交叉实验，可加速或减缓物理过程。利用模拟法可以节省时间和物力，提高实验效率。模拟法可分为物理模拟和类比模拟两种方法。物理模拟是在模拟的过程中保持物理本质 不变的方法。数学模拟则采用内在物理规律类比两种物理现象，用恒定电流模拟静电场则是 一例。本学期的选做实验“计算机仿真实验一半导体热敏电阻的电阻一温度”也是这个原理。五光学法无论是声波、水波和光波，只要满足相干条件，相邻干涉条纹的光程差均等于相干波的 波长。因此，通过计量干涉条纹的数目或条纹的改变量，实现对一些相关物理量的测量。例 如物体的

8、长度、位移与角度，薄膜的厚度，透镜的曲率半径，气体或液体的折射率等等。当 选用相干光波时，可实现对以上物理量的微米量级、甚至亚微米量级的精确测量。应用迈克耳孙干涉仪，通过对干涉条纹的计量，可准确地测定光的波长、透明介质的折 射率、薄膜的厚度、微小的位移等等物理量。本学期所做的实验“光的干涉基本现象和单色光波长的测定”原理就是这个。六转换法许多物理量之间存在多种效应，对应着不同的转换测量方法。转换法就是将某些因条件 所限无法直接用仪器测量的物理量，或者为了提高待测物理量的测量精度，将待测量转换成 为另一种形式的物理量的测量方法。转换测量法分为参量转换测量法和传感器测量法两类。 传感器测量泛指某种形式的物理量通过变换器变成另一种物理量，已达到测量效果的方法。参量转换测量法则是利用各种参量的变换及其变化的定量函数关系，达到测量某一物理 量的方法。它几乎贯穿与整个物理实验中。例如，利用应变和应力之间的线性变化关系，我们做过的实验“材料弹性模量的测定” 即是利用这个原理。参考文献：李平.大学物理实验.北京：高等教育出版社，2004陈聪大学物理实验北京：国防工业出版社，2008