物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法介紹
物理實(shí)驗(yàn)方法大全
一、比較法
將待測(cè)物理量與選做標(biāo)準(zhǔn)單位的物理量進(jìn)行比較的方法叫比較法.如測(cè)量物體長(zhǎng)度,用天平稱量質(zhì)量,用電橋測(cè)電阻等.有時(shí)光有標(biāo)準(zhǔn)量具還不夠,還需要配置比較系統(tǒng),使被測(cè)量量與標(biāo)準(zhǔn)量實(shí)現(xiàn)比較.如：測(cè)量金屬在某溫度下的比熱容.因?yàn)榻饘俚谋葻崛蓦S溫度的升高而變大,可以找一個(gè)在該溫度下比熱容的金屬材料,用比較法測(cè),把兩者做成形狀相同的樣品,加熱到一定溫度讓其自然冷卻,作降溫曲線(T-t曲線)由牛頓冷卻定律即可得解.比較法是物理實(shí)驗(yàn)中最普通、最基本的實(shí)驗(yàn)方法,也是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ).
二、替代法
用已知的標(biāo)準(zhǔn)量去代替未知的待測(cè)量,以保持狀態(tài)和效果相同,從而推出待測(cè)量的方法叫替代法.如用合力替代各個(gè)分力,用總電阻替代各部分電阻,浮力替代液體對(duì)物體的各個(gè)壓力等.
三、累積法
又稱疊加法.將微小量累積后測(cè)量求平均的方法,能減小相對(duì)誤差.實(shí)驗(yàn)中也經(jīng)常涉及這一方法.如在《用單擺測(cè)定重力加速度》實(shí)驗(yàn)中,需要測(cè)定單擺周期,用秒表測(cè)一次全振動(dòng)的時(shí)間誤差很大,于是采用測(cè)定30-50次全振動(dòng)的時(shí)間T,從而求出單擺的周期T=t/n(n為全振動(dòng)次數(shù)).
四、控制法
在中學(xué)許多物理實(shí)驗(yàn)中,往往存在著多種變化的因素,為了研究它們之間的關(guān)系可以先控制一些量不變,依次研究某一個(gè)因素的影響.如通過(guò)導(dǎo)體的電流I受到導(dǎo)體電阻R和它兩端電壓U的影響,在研究電流I與電阻R的關(guān)系時(shí),需要保持電壓U不變;在研究電流I與電壓U的關(guān)系時(shí),需要保持電阻R不變.
五、留跡法
有些物理現(xiàn)象瞬間即逝,如運(yùn)動(dòng)物體所處的位置、軌跡或圖像等,用留跡法記錄下來(lái),以便從容地測(cè)量、比較和研究.如在《測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度》、《驗(yàn)證牛頓第不運(yùn)動(dòng)定律》、《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》等實(shí)驗(yàn)中,就是通過(guò)紙帶上打出的點(diǎn)記錄下小車(或重物)在不同時(shí)刻的位置(位移)及所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻,從而可從容計(jì)算小車在各個(gè)位置或時(shí)刻的速度并求出速度;對(duì)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),則是通過(guò)擺動(dòng)的漏斗漏出的細(xì)沙落在勻速拉動(dòng)的硬紙板上而記錄下各個(gè)時(shí)刻擺的位置,從而很方便地研究簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像;利用閃光照相記錄自由落體運(yùn)動(dòng)的軌跡等實(shí)驗(yàn)都采用了留跡法.
六、放大法
在現(xiàn)象、變化、待測(cè)物理量十分微小的情況下,往往采用放大法.根據(jù)實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)和放大對(duì)象的不同,放大所使用的物理方法也各異.例如：在《測(cè)定金屬電阻率》實(shí)驗(yàn)中所使用的螺旋測(cè)微器：主尺上前進(jìn)(或后退)0.5毫米,對(duì)應(yīng)副尺上有5n個(gè)等分,實(shí)際上是對(duì)長(zhǎng)度的機(jī)械放大;許多電表如電流表、電壓表是利用一根較長(zhǎng)的指針把通電后線圈的偏轉(zhuǎn)角顯示出來(lái).
七、補(bǔ)償法
補(bǔ)償法是找一種效應(yīng)與之相抵消,從而對(duì)被測(cè)物理量進(jìn)行測(cè)量的方法.由于被測(cè)量的作用在測(cè)量中被抵消,故表示標(biāo)準(zhǔn)量與被測(cè)量作用之差的儀表示數(shù)為0,所以又稱零示法.
八、轉(zhuǎn)換法
某些物理量不容易直接測(cè)量,或某些現(xiàn)象直接顯示有困難,可以采取把所要觀測(cè)的變量轉(zhuǎn)換成其它變量(力、熱、聲、光、電等物理量的相互轉(zhuǎn)換)進(jìn)行間接觀察和測(cè)量,這就是轉(zhuǎn)換法.如卡文迪許《利用扭秤裝置測(cè)定萬(wàn)有引力恒量實(shí)驗(yàn)》：其基本的思維方法便是等效轉(zhuǎn)換.卡文迪許扭秤發(fā)生扭轉(zhuǎn)后,引力對(duì)T形架的扭轉(zhuǎn)力矩與石英絲由于彈性形變產(chǎn)主的扭轉(zhuǎn)力矩這就是等效轉(zhuǎn)換,間接地達(dá)到了無(wú)法達(dá)到的目的.又如轉(zhuǎn)換法還應(yīng)用于石英絲扭轉(zhuǎn)角度的測(cè)量、根據(jù)電流的熱效應(yīng)來(lái)認(rèn)識(shí)電流大小、根據(jù)磁場(chǎng)對(duì)磁體有力的作用來(lái)認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)等上.轉(zhuǎn)換法是一種較高層次的思維方法,是對(duì)事物本質(zhì)深刻認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上才產(chǎn)生的一種飛躍.
九、理想化法
影響物理現(xiàn)象的`因素往往復(fù)雜多變,實(shí)驗(yàn)中常可采用忽略某些次要因素或假設(shè)一些理想條件的辦法,以突出現(xiàn)象的本質(zhì)因素,便于深入研究,從而取得實(shí)際情況下合理的近似結(jié)果.如在《用單擺測(cè)定重力加速度》的實(shí)驗(yàn)中(假設(shè)懸線不可伸長(zhǎng))懸點(diǎn)的摩擦和小球在擺動(dòng)過(guò)程的空氣阻力不計(jì),在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中把電壓表變成內(nèi)阻是無(wú)窮大的理想電壓表,電流表變成內(nèi)阻等于0的理想電流表等實(shí)驗(yàn)都采用了理想化法.
十、模型法
有時(shí)受客觀條件限制,不能對(duì)某些物理現(xiàn)象進(jìn)行直接實(shí)驗(yàn)和測(cè)量,于是就人為地創(chuàng)造一定的模型,在模型的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn).但要求模型和原型必須具有一定的相似性.如在《電場(chǎng)中等勢(shì)線的描繪》實(shí)驗(yàn)中,因?yàn)閷?duì)靜電場(chǎng)直接測(cè)量很“困難”,故采用易測(cè)量的電流場(chǎng)來(lái)模擬.又如在確定磁場(chǎng)中磁感線的分布,因?yàn)榇鸥芯�實(shí)際不存在.我們就用鐵屑的分布來(lái)模擬磁感線的存在.如用太陽(yáng)系模型代表原子結(jié)構(gòu),用簡(jiǎn)單的線條代表杠桿等.以上僅是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中常用的方法,有時(shí)在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中同時(shí)會(huì)用到多種方法.同時(shí),具體用運(yùn)中還會(huì)遇到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理方法等
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