物理实验的基本测量方法共62页

机械放大法
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。
电学放大法
● 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。 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测量法。
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。
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
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
10
m
A
X
比较法
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。
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。
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
放大法：通过某种方法将被测量
放大后，再进行测量。
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。
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。
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。
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。
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。
如：螺旋测微计测长---
把螺纹细分而进行放大。dBiblioteka 15 0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 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。
E x 如：电位差计
I=0
E0
Ex
Ex
I=0
E0
E x小时
I=0
E0
E x大时
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。
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
比率测量法
交换法和替代法
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。
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。
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
模拟法—般可分为以下几种：
● 几何模拟法 ● 物理模拟法 ● 数学模拟法
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 C
C
I
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。实际上就是间接测量法的具体应 用。