实验方法、数据处理【沐风教学】

《实验方法、数据处理【沐风教学】》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验方法、数据处理【沐风教学】（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、物理实验方法物理实验方法物理实验方法物理实验方法比较法、放大法、补偿法、模拟法、干涉法比较法、放大法、补偿法、模拟法、干涉法 列表法、作图法、列表法、作图法、逐差法、最小二乘法逐差法、最小二乘法。一、物理实验的方法一、物理实验的方法 二、二、数据处理方法数据处理方法 1 1、比较法、比较法物理实验中最普遍、最基本的测量方法。物理实验中最普遍、最基本的测量方法。将待测物理量与选作标准单位的物理量将待测物理量与选作标准单位的物理量进行比较而得到测量值。进行比较而得到测量值。 （1 1）将待将待测量和量和标准量准量具具直接比直接比较：米尺测量长度等：米尺测量长度等（3 3）通通过比比较系系统，使待，

2、使待测量和量和标准量具准量具实现比比较：电桥测电阻阻；物理天平称物体的重（物理天平称物体的重（质）量）量（2 2）将待将待测量与量与标准量准量值相关的相关的仪器比器比较：电表表测电流流、电压等。等。 一、物理实验的方法一、物理实验的方法 2 2、放大法、放大法按照一定规律加以放大后进行测量按照一定规律加以放大后进行测量 （1 1）累积放大法：）累积放大法： 用秒表测单摆的周期用秒表测单摆的周期 （2 2）机械放大法：）机械放大法： 游标卡尺利用游标；游标卡尺利用游标；螺旋螺旋测微微计利用螺距放大原理利用螺距放大原理（3 3）光学放大法：）光学放大法： 读数显微镜将被测物体放大后再测量读数显微镜

3、将被测物体放大后再测量 （4 4）电子学放大法：子学放大法： 对对微微弱弱电电信信号号经经放放大大器器放放大大后后观观测测：电电桥平衡指示仪、毫伏表等桥平衡指示仪、毫伏表等3 3转换测量法量法 根据物理量之间的各种效应、原理和函数根据物理量之间的各种效应、原理和函数关系变换后进行测量关系变换后进行测量（1 1）参量换测法：）参量换测法： 利用各种参量的变换及变化规律利用各种参量的变换及变化规律 （2 2）能量）能量换测法：法： 单摆测重力加速度利用单摆测重力加速度利用 利用能量相互转换的规律，把不易利用能量相互转换的规律，把不易测得的量转换为易测得的量测得的量转换为易测得的量 一般电学量易测，

4、通常使待测量通过各种传感器一般电学量易测，通常使待测量通过各种传感器或敏感器件转换成电学量进行测量或敏感器件转换成电学量进行测量 例如例如：热电转换、光电转换：热电转换、光电转换 冷冷却却法法测测金金属属的的比比热热容容，简简谐谐振振动动特特性性研研究究，固固体体线线膨膨胀胀系系数数的的测测定定，导导热热系系数数的的测测定定，亥亥姆姆霍霍兹兹线线圈圈磁磁场场的的测测定定，热热电电偶偶/铜铜电电阻阻的的温度特性，都要用温度特性，都要用传感器传感器4 4模拟法模拟法以以相相似似性性原原理理为为基基础础，不不直直接接研研究究自自然然现现象象或或过过程程本本身身，用用与与这这些些现现象象或或过过程程相

5、似的模型来研究的方法。相似的模型来研究的方法。（1）物理模拟物理模拟（2 2）数学模拟）数学模拟保持同一物理本质的模拟。例：用保持同一物理本质的模拟。例：用“风洞风洞”中的飞机模型模拟实际飞机在中的飞机模型模拟实际飞机在大气中的飞行。大气中的飞行。 把把不不同同本本质质的的物物理理现现象象或或过过程程，用用同同一一个个数数学学方方程程来来描描述述。例例如如用用稳稳恒恒电电流流场场模拟静电场。模拟静电场。（3 3）计算机模拟）计算机模拟随着计算机的不断发展和广泛应用，这随着计算机的不断发展和广泛应用，这将使物理实验的面貌发生很大的变化。将使物理实验的面貌发生很大的变化。 5 5、替代法、替代法

6、用已知的标准量去代替未知的待测用已知的标准量去代替未知的待测量，以保持状态和效果相同，从而量，以保持状态和效果相同，从而推出待测量的方法推出待测量的方法用用合合力力替替代代各各分分力力，用用总总电电阻阻替替代代各各分分电电阻阻，浮浮力替代液体对物体的各个压力等。力替代液体对物体的各个压力等。 将将k2接到接到a点，调节点，调节R1记记下下G2读数读数I2, 再将再将k2接到接到b点，调节点，调节R2使使G2读数与原读数与原来读数相等（来读数相等（I2） ，这时，这时 R2的读数就是的读数就是G1的内阻。的内阻。替代法测电表内阻替代法测电表内阻 G1G2。ab。k2k1R2R1在多因素的物理现象

7、中，先控制某在多因素的物理现象中，先控制某些量不变些量不变, 研究某一因素对现象产生研究某一因素对现象产生影响的一种方法影响的一种方法 6 6、控制法、控制法 如如RU/ /I I，在，在I与与R的关系时，保持的关系时，保持U不不变；在研究变；在研究I与与U的关系时，需要保持的关系时，需要保持R不变。不变。 7 7、对称法对称法当系统误差的大小和方向是个确定值当系统误差的大小和方向是个确定值（或按一定规律变化），可用对称法（或按一定规律变化），可用对称法消除系统误差。消除系统误差。 通过将通过将极性极性、方向方向和左右和左右位置位置等进行等进行变换测量变换测量 （1）正向与反向的测量）正向与反

8、向的测量（包括异号法）：（包括异号法）： 对对大大小小和和取取向向不不变变的的系系统统误误差差，通通过过正正、反反两两个个方方向向测测量量后后，可可收收到到加加减减相相消消的的结结果。果。异异号号法法：设设某某一一物物理理量量真真值值为为A0，测测量量时时的的系系统统误误差差为为A，则则正向测量时得到的测量值：正向测量时得到的测量值：A正正A0A反向测量时得到的测量值：反向测量时得到的测量值：A反反A0A 平均值为：平均值为： 例例: :滑线式惠斯登电桥：滑线式惠斯登电桥：交换法：交换法：将将Rx与与R3的位置对的位置对调测量，可消除比率臂电阻丝不均匀的系统误差。调测量，可消除比率臂电阻丝不均

9、匀的系统误差。例：滑线式惠斯登电桥例：滑线式惠斯登电桥: :异号法：异号法：改变电源极性（改变电流方向），以消除由改变电源极性（改变电流方向），以消除由于检流计零点漂移而引入的偏差于检流计零点漂移而引入的偏差例：天平例：天平：被测物与砝码互换位置（：被测物与砝码互换位置（复称法复称法），可），可消除两个臂长短的差异引起的误差。消除两个臂长短的差异引起的误差。（2）平衡情况下的待测量与标准量的位置互换）平衡情况下的待测量与标准量的位置互换（交换法）：（交换法）： 异号法：异号法：消除消除地磁场的影响地磁场的影响（3）内插法：）内插法： 测一约测一约2000电阻，比率为电阻，比率为1，调到基本平衡

10、时，比较臂为，调到基本平衡时，比较臂为R0=2000 ，距平衡位置差距平衡位置差m格，（如向右偏格，（如向右偏0.4格）格）若比较若比较臂电阻增加（最小步进）臂电阻增加（最小步进）1，检流计指针向左偏离平衡位置，检流计指针向左偏离平衡位置n格格（如为（如为0.6格）格） ，无法调到平衡。这时可用内插法求，无法调到平衡。这时可用内插法求Rx： 利用测出的利用测出的A、B两点测量值，求这两点两点测量值，求这两点之间之间C点的测量值点的测量值 可提高仪器原有的精度可提高仪器原有的精度 例：箱式惠斯登电桥例：箱式惠斯登电桥10010m格格n格格RxR0 0R2000.4 R0.4 图6表表1 1 蓖麻

11、油的粘滞蓖麻油的粘滞系数系数 温度温度/0.000.0010.0010.0015.0015.0020.0020.0025.0025.0030.0030.0035.0035.0040.0040.00粘度粘度/P/P53.0053.0024.1824.1815.1415.149.509.506.216.214.514.513.123.122.312.31由图用内插法求表由图用内插法求表中没有的数据点中没有的数据点8 8、干涉法、干涉法 利用波的干涉现象进行测量将难以利用波的干涉现象进行测量将难以测量的瞬息变化的动态研究对象变测量的瞬息变化的动态研究对象变成成稳定的静态对象稳定的静态对象干涉干涉图样

12、 驻波法驻波法 衍射法衍射法 此外还有：此外还有：描迹法、实验推理法、共轭法（测透镜的焦距）描迹法、实验推理法、共轭法（测透镜的焦距）等等 如：横波在弦线上传播的研究如：横波在弦线上传播的研究 如：如：光光栅常数常数 包括包括光学实验：光学实验：等厚干涉、迈克尔逊干涉仪等厚干涉、迈克尔逊干涉仪等等二、物理实验中的基本调整与操作技术二、物理实验中的基本调整与操作技术1 1零位调整零位调整2 2水平铅直调整水平铅直调整3 3消除视差消除视差4 4先粗调后细调先粗调后细调5 5等高共等高共轴调整整 6 6逐次逼近法逐次逼近法7 7先定性后定量先定性后定量操作读数时的视差影响操作读数时的视差影响三、数

13、据处理方法三、数据处理方法 1 1、逐差法、逐差法把实验得到的偶数组数据分成前后两组，把实验得到的偶数组数据分成前后两组，将对应项分别相减。可以充分利用数据。将对应项分别相减。可以充分利用数据。 求得的结果比作图法要准确些求得的结果比作图法要准确些 2、最小二乘法、最小二乘法 通过实验，等精度地测得一组实验数据（通过实验，等精度地测得一组实验数据（xi，yi，i =1，2n），）， 设设此此两两物物理理量量 x、y 满满足足线线性性关关系系，且且假假定定实实验验误误差差主主要要出出现现在在yi上上，设设拟拟合合直直线线公公式式为为 y =f(x)=a+bx，当当所所测测各各yi值值与与拟拟合直

14、线上各估计值合直线上各估计值 f (xi)= a+bxi之间偏差的平方和最小之间偏差的平方和最小，即，即 最小二乘法进行直线拟合优于作图法最小二乘法进行直线拟合优于作图法yxd yi(xi，yi)Oy=a+bx x所得拟合公式即为所得拟合公式即为最佳经验公式最佳经验公式。y =a+bx最佳经验公式最佳经验公式 r 表表示示两两变变量量之之间间的的函函数数关关系系与与线线性性的的符符合合程程度度，r -1，1。|r|1，x、y 间间线线性性关关系系好好， |r|0 ，x、y 间无线性关系，拟合无意义。间无线性关系，拟合无意义。相关系数相关系数r 最小二乘法处理数据除给出最小二乘法处理数据除给出 a、b 外，还应给外，还应给出相关系数出相关系数 r ， r 定义为定义为物理实验中一般要求物理实验中一般要求 r 绝对值达到绝对值达到0.999以上以上(3个个9以上以上) 。