物理实验方法

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物理实验方法林晓东物理学导论2理论物理与物理理论物理学分类：“理论物理属于最不明确，又不得不设的一门学科”。

实际上，物理学的每一个分支学科都具备相对完善的理论基础。

本科阶段研究生阶段物理学理论物理凝聚态物理粒子与原子核物理

应用物理学等离子体物理

原子分子物理

光学

无线电物理声学物理学导论3理论与实验的关联性：

物理学是一门实验性科学，实验是判断理论对错的终审法官，对此应该没有什么分歧。分歧在于实验能否证明理论正确？

Einstein

说：千万个实验不能证明一个理论正确，一个实验就可以证明一个理论错误。物理学导论4

某评估专家到一所名牌大学的普通物理实验室查看学生的实验报告，其中一份是用复摆测量重力加速度的实验报告。该实验报告原理叙述正确，采集数据合理，数据处理符合要求，结果分析令人信服。但老师的评分是：不及格！评估专家拿着这份报告问负责教师：

专家：为什么不及格？

老师：关键在这！（老师用手指着一行画了红线的文字：本实验证明了本地的重力加速度g=9.803m/s²。）

专家：这个当然不对，但为此判个不及格是否狠点？

老师：实验只能验证理论，哪能证明理论，这是基本常识。连这个都不懂哪能及格！你不狠点，他根本不理，下次照常。这个错误流毒甚广，真不知道是跟哪位高人学的！很可能有些地方的教师就是这样讲的。简直是“胡先生说评书----胡说！”事后，评估组感概：难怪这个学校实验如此出名，用人单位抢着要该校毕业生！真是名师出高徒！案例物理学导论5

以欧姆定律为例。对于给定的电阻，可以测量它的伏安特性曲线，理论要求这曲线应该是过原点的直线。（1）实验只能测量有限个数的点，而电流（或电压）是连续变量，即使这些点共线，你怎么知道没有测量的点也在线上？（2）这些点真的严格在一条直线上吗？

结论：我们不能说：实验证明了欧姆定律成立是不合适了。我们只能说：实验验证了欧姆定律；或者说：在实验误差范围内，理论与实验一致。案例物理学导论6一个实验就可以证明一个理论错误

------从伽利略提出落体定律和惯性运动概念说起案例物理学导论物理实验的基本程序实验课题的选择实验的构思与设计实验的实施实验的观测与记录实验数据的处理实验结果的理论解释物理学导论什么叫物理实验方法？

物理实验方法是人们根据一定的目的和计划，利用物理仪器和设备,

人为地控制或模拟物理现象，排除各种偶然、次要因素的干扰，突出主要因素，在有利条件下重复地研究物理现象及其规律。物理实验方法有何特点？

1.物理实验方法的简化和纯化实验设计时应根据实际研究的需要借助精密的仪器严格控制实验条件排除各种偶然因素、外界的干扰把自然过程加以简化和纯化以求达到实验目的。物理学导论

2.物理实验方法可以强化研究条件在物理实验中人们可以利用各种实验方法，创造出在自然状态下所没有的，或者自然界无法控制而在生产过程中又难以实现的某些特殊的极限条件。如超高温、超高压、超高真空、超强磁场等。这样就能使物质变化过程向着指定方向强化，从而可发现许多有重大意义的新现象和新事实。

3.实验方法可以模拟、加速或延缓物理过程运用物理实验方法，可主动地控制研究对象及其发展变化过程，它可以对不可接近的自然现象进行间接研究，使其变化过程加速进行或延缓放慢，从而扩大研究对象的时空范围，给研究者带来方便。物理学导论

4.物理实验方法可以再现和重复物理过程再现与重复是对实验方法的基本要求。无论采用什么样的实验方法，实验都必须能够再现。在相同的实验条件下，重复做此项实验，应该得出相同的实验结果。所以任何一项实验报告，除了列出实验数据、实验结果外，还必须写出实验的时间、条件，以便重复进行实验。这样才保证了物理学理论具有描述、解释和预测自然的能力，才能显示出科学的意义。

物理学导论物理实验的基本实验方法一、比较法通过将待测未知量与已知标准量进行比较，从而达到测量目的的方法称为比较法。实际上，任何一个测量过程，原则上讲都是一种比较过程，所以比较法在物理实验中是最基本、最普遍的测量方法。物理学导论二、放大法

(1)积累放大法:

在物理实验中我们常常可能遇到这样一些问题，即受测量仪器的精度的限制，或存在很大的噪声或受人反应时间限制，单次测量的误差很大或者无法测量出待测量的有用信息，采用积累放大法来进行测量，就可以减少测量误差、降低噪声和获得有用的信息。例如力学实验中单摆测重力加速度实验的周期测量。

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(2)机械放大法:

机械放大是最直观的一种放大方法，例如利用游标可以提高测量的精细程度，原来分度值为y的主尺，加上一个n等分的游标后，组成的游标尺的分度值△y=y/n,即对y细分了n倍，这对直标尺和角游标都是适用的。螺旋测微原理也是一种机械放大，通过螺纹将纵向的微小变化放大成圆周方向上的较大变化。

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(3)电信号的放大和信噪比的提高:

电信号的放大可以是电压放大、电流放大、功率放大电信号亦可以是交流的或直流的。随着微电f技术和电子器件的发展，各种电信号的放大都很容易实现，因而也是用的最广泛最普遍的。

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(4)光学放大法:

光学放大的仪器有放大镜、显微镜和望远镜。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。

物理学导论三、转换测量法转换法主要是寻求物理量之间的相互关系。一般可分为参量转换测量和能量转换测量法。

(1)参量换测法：利用物理量之间的某种变换关系，以达到测量某一物理量的方法称为参量换测法。这种方法可以把不可测的量转换成可测的量，把测不准的量转换成可测准的量，用测量物理量的改变量代替测量的物理量，把单个测量点的计算方法改变为多个测量点的作图法。

例如：

密度测量实验中将不规则固体体积的测量转换为质量的测量；分光计实验中将棱镜折射率的测量转换为最小偏向角的测量。

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(2)能量转测法：是利用物理学中的能量守恒定律以及能量形式上的相互转换规律进行转换测量的方法，实现能量转换的器件称为传感器。

例如：用热电偶测量温度，是利用材料的温差电动势原理，将温度测量转换成对热电偶的温差电动势的测量，它属于热电换测法。此外，实验中还常用到压电换测法(压力和电势间的变换,如话筒和扬声器)、光电换测法(光信号转换为电信号，如光电管、光电池、光敏二极管等器件)及磁电换测法(磁学量与电学量的转换，如霍尔元件)等。

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