物理实验中物理量的放大方法.doc

物理实验中物理量的放大方法_北京中考网_新浪博客-编辑整理： 编辑：刘晓飞 来源：液压机新浪物理学是一门以实验为基础的学科。物理学家研究物理问题时，需要利用各种实验设备来进行物理实验。在物理实验中常常遇到一些微小物理量的测量。物理工作者为提高被测物理量精度，常选用特殊的测量装置将被测物理量放大后再进行测量。我们把提高测量精度、使物理量的数值变大、作用时间延长、作用空间扩展的方法叫做物理量的放大法。下面按物理学内容把放大方法分类如下：一、机械方面机械放大是物理实验最直观的一种放大方法，它是一种空间放大方法。具体表现在下列实验中。1、游标放大法为了提高米尺的测量精度，通常在米尺（主尺）上附带一个可以沿尺身移动的小尺（游标）。游标上的分度值x与主尺分度值y之间有一定关系，一般使游标上p个分度格的长度与主尺上（p-1）个分度格的长度相等，即使得px（p-1）y主尺与游标上每个最小分格之差x为x=y-x=y/p差值x称为游标尺的精度，它表示了游标尺能读准的最小值，也就是游标的最小分度值。同理，游标尺原理还可以用于角度的精确测量中，称为角游标。角游标的测角精度x=1。2、螺旋测微放大法螺旋测微计、读数显微镜和迈克耳逊干涉仪等的测量系统的机械部分都是采用螺旋测微装置进行测量的。常用的读数显微镜的测微丝杆的螺距是lmm，当丝杆转动一圈时，滑动平台就沿轴向前或后退lmm，在丝杆的一端固定一测微鼓轮，其周界上刻成100分格，因此当鼓轮转动一分格时，滑动平台移动了001mm，从而使沿轴线方向的微小位移用鼓轮圆周上较大的弧长精确地表示出来，大大提高了测量精度。3、机械杠杆因为，当机械杠杆平衡时有：F1L1=F2L2。所以有：F1=F2L2/ L1 ，L2=F1L1/ F2成立。从F1和L1的表达式可以看出，机械杠杆可以把力和位移放大或细分。4、液压放大根据帕斯卡定律制成的液压机、水压机、油压千斤顶都有：作用在它们两活塞上的力的比，等于它们的面积比。即：F1/F2=S1/S2。从中可以得出：F1= （S1/S2）F2，该式说明由帕斯卡定律制成的液压机、水压机、油压千斤顶可以把力放大。5、累积放大当我们用米尺测量一张纸的厚度时，一般的方法是：取同样的纸100张，然后用米尺测量其厚度，把测得的数除以100，即得出一张纸的厚度。该方法采用了相同量累积叠加的放大方法。既解决了可测问题，又提高了测量的精度。6、共振一振动系统在外力作用下强迫进行的振动称为受迫振动。当系统作受迫振动时，强迫力的频率与振动系统的固有频率接近，使系统的振幅达到极大值的现象称为共振。共振是一种选择放大。对琴弦等乐器的共振我们称之为共鸣。二、时间方面1、伽利略的斜面实验伽利略的斜面实验实现的是“冲淡引力”。实际上，是把物体下降一定高度的时间予以拉长，也就是放大。2、周期的规定在物理实验中，很多个实验题目需要测定周期大小。由于测量周期多数使用秒表来测定，由于用秒表测量单个周期的误差较大，一般采用一次测量n次周期的时间，若为t，则周期T=tn，也就是说采用时间累积放大法，既解决了可测问题，又提高了测量的精度。3、时间细分用高速摄影摄取运动物体的瞬时状态，如：研究自由落体运动、高速飞行的子弹、水滴下落过程中形成的变化等都是把时间过程细分并展开。三、光学方面1、光学装置放大一种是使被测物通过光学装置放大视角形成放大像，便于观察判别，从而提高测量精度。例如放大镜、显微镜、望远镜等。2、光杠杆放大测量微小长度和微小角度变化的光杠杆镜尺法，是使用光学装置将待测微小物理量进行间接放大的方法，它是一种物理实验中常用的光学放大法。光杠杆测量原理如附图所示。它由一面装在一个三脚金属架上的平面镜构成，配合望远镜尺组来测变化极微小的长度。使用时，将光杠杆的面前脚放在一个固定位置，后脚放在被测量的点上，使镜面垂直于地面，望远镜尺组放在镜面的正前方，当物体为原长时，由望远镜中可以看清楚标尺l0点在小镜中的反射像，当后脚向下降落一个位移面L时，镜面M使转动一个角度，这时在望远镜中所观察到的像由l0点变为l1点，设若镜面M与标尺间的距离为D，根据反射定律可知：式中，Ll1-l0，可由标尺上读出，由于材料形变很小，相应也很小，所以有 tg22，tg，因此，=l/2D=L/a，所以有：当满足L a，lD时，不难看出，小位移L被放大成能观测的大位移l，其作用像杠杆的作用一样，所以光杠杆的方法是一种放大的方法。四、电磁方面1、三级管、场效应管、集成电路组成的放大电路在物理实验中往往需要测量变化微弱的电信号（电流、电压或功率），或者利用微弱的电信号去控制某些机构的动作，必须用电子放大器将微弱电信号放大后才能有效地进行观察、控制和测量。电子放大作用是由三极管、场效应管、集成电路组成的放大电路完成的。2、谐振现象当电容C和电感L两类元件同时出现在一个交流电路中时，随着频率的变化，电路中的电流I（有效值）或总阻抗z不是单调的变化，而是在某个频率f处出现极值（极大值或极小值），这种现象叫做谐振。谐振是一种选择放大。3、变压们的升压与降压法对于理想变压器有：U1/U2=N1/N2，I1/I2=N2/N1成立。式中U1、U2分别为输入、输出电压，I1、I2分别为输入、输出电流，N1、N2分别是原、副线圈的匝数。因此，适当选择N1，N2即可达到升压或降压的目的，同时也确定了原、副线圈中电流