实验方法、数据处理

物理实验方法,比较法、放大法、补偿法、模拟法、干涉法,列表法、作图法、,逐差法、最小二乘法。,一、物理实验的方法,二、,数据处理方法,1、比较法,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进行比较而得到测量值。,（1）,将待测量和,标准量,具,直接比较,：米尺测量长度等,（3）,通过,比较系统,，使待测量和标准量具实现比较,：,电桥测电阻,；,物理天平称物体的重（质）量,（2）,将待测量与,标准量值相关的仪器比较,：,电表测电流,、,电压等。,一、物理实验的方法,2、放大法,按照一定规律加以放大后进行测量,（1）累积放大法：,用秒表测单摆的周期,（2）机械放大法：,游标卡尺利用游标；,螺旋测微计,利用螺距放大原理,（3）光学放大法：,读数显微镜将被测物体放大后再测量,（4）电子学放大法：,对微弱电信号经放大器放大后观测：电桥平衡指示仪、毫伏表等,3转换测量法,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,（1）参量换测法：,利用各种参量的变换及变化规律,（2）能量换测法：,单摆测重力加速度利用,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,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,例如,：热电转换、光电转换,冷却法测金属的比热容，,简谐振动特性研究，固体线膨胀系数的测定，导热系数的测定，亥姆霍兹线圈磁场的测定,，,热电偶,/,铜电阻的温度特性，都要用,传感器,4模拟法,以相似性原理为基础，不直接研究自然现象或过程本身，用与这些现象或过程相似的模型来研究的方法。,（1）,物理模拟,（2）数学模拟,保持同一物理本质的模拟。例：用“风洞”中的飞机模型模拟实际飞机在大气中的飞行。,把不同本质的物理现象或过程，用同一个数学方程来描述。例如用稳恒电流场模拟静电场。,（3）计算机模拟,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。,5、替代法,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，从而推出待测量的方法,用合力替代各分力，用总电阻替代各分电阻，浮力替代液体对物体的各个压力等。,将,k,2,接到a点，调节,R,1,记下G,2,读数,I,2,再将,k,2,接到b点，调节,R,2,使G,2,读数与原来读数相等（,I,2,），这时,R,2,的读数就是G,1,的内阻。,替代法测电表内阻,G,1,G,2,。,a,b,。,。,。,。,k,2,k,1,R,2,R,1,在多因素的物理现象中，先控制某些量不变,研究某一因素对现象产生影响的一种方法,6、,控制法,如,R,U,/,I,，在,I,与,R,的关系时，保持,U,不变；在研究,I,与,U,的关系时，需要保持,R,不变。,7、,对称法,当系统误差的大小和方向是个确定值（或按一定规律变化），可用对称法消除系统误差。,通过将,极性,、,方向,和左右,位置,等进行变换测量,（,1,）正向与反向的测量（包括异号法）：,对大小和取向不变的系统误差，通过正、反两个方向测量后，可收到加减相消的结果。,异号法：,设某一物理量真值为,A,0,，测量时的系统误差为,A,，则,正向测量时得到的测量值：,A,正,A,0,A,反向测量时得到的测量值：,A,反,A,0,A,平均值为：,例:滑线式惠斯登电桥：,交换法：,将,R,x,与,R,3,的位置对调测量，可消除比率臂电阻丝不均匀的系统误差。,例：滑线式惠斯登电桥:,异号法：,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,例：天平,：被测物与砝码互换位置（,复称法,），可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（交换法）：,异号法：,消除,地磁场的影响,（3）内插法：,测一约2000电阻，比率为1，调到基本平衡时，比较臂为,R,0,=2000 ，,距平衡位置差,m,格，（如向右偏,0.4,格）,若比较臂电阻增加（最小步进）1，检流计指针向左偏离平衡位置,n,格,（如为,0.6,格）,，无法调到平衡。这时可用内插法求,R,x,：,利用测出的,A,、,B,两点测量值，求这两点之间,C,点的测量值,可提高仪器原有的精度,例：箱式惠斯登电桥,10,0,10,m,格,n,格,R,x,R,0,R,2000.4,R,0.4,图6,表1 蓖麻油的粘滞系数,温度/,0.00,10.00,15.00,20.00,25.00,30.00,35.00,40.00,粘度,/P,53.00,24.18,15.14,9.50,6.21,4.51,3.12,2.31,由图用内插法求表中没有的数据点,8、干涉法,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成,稳定的静态对象,干涉图样,驻波法,衍射法,此外还有：,描迹法、实验推理法、共轭法（测透镜的焦距）等,如：横波在弦线上传播的研究,如：,光栅常数,包括,光学实验：,等厚干涉、迈克尔逊干涉仪,等,二、物理实验中的基本调整与操作技术,1零位调整,2水平铅直调整,3消除视差,4先粗调后细调,5等高共轴调整,6逐次逼近法,7,先定性后定量,操作读数时的视差影响,三、数据处理方法,1、逐差法,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。,求得的结果比作图法要准确些,2、最小二乘法,通过实验，等精度地测得一组实验数据（,x,i,，,y,i,，,i,=1,，,2,n,），,设此两物理量,x,、,y,满足线性关系，且假定实验误差主要出现在,y,i,上，设拟合直线公式为,y=f(x)=a+,bx,，,当所测各,y,i,值与拟合直线上各估计值,f,(,x,i,),=a+bx,i,之间偏差的平方和最小,，即,最小二乘法进行直线拟合优于作图法,y,x,d,y,i,(,x,i,，,y,i,),O,y,=,a,+,bx,x,所得拟合公式即为,最佳经验公式,。,y=a+bx,最佳经验公式,r,表示两变量之间的函数关系与线性的符合程度，,r,-1，1。|r|,1，,x,、,y,间线性关系好，|r|,0，,x,、,y,间无线性关系，拟合无意义。,相关系数,r,最小二乘法处理数据除给出,a、b,外，还应给出相关系数,r,，,r,定义为,物理实验中一般要求,r,绝对值达到,0.999以上,(3个9以上)。,