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物理實(shí)驗(yàn)方法林曉東物理學(xué)導(dǎo)論2理論物理與物理理論物理學(xué)分類：“理論物理屬于最不明確，又不得不設(shè)的一門學(xué)科”。

實(shí)際上，物理學(xué)的每一個(gè)分支學(xué)科都具備相對完善的理論基礎(chǔ)。

本科階段研究生階段物理學(xué)理論物理凝聚態(tài)物理粒子與原子核物理

應(yīng)用物理學(xué)等離子體物理

原子分子物理

光學(xué)

無線電物理聲學(xué)物理學(xué)導(dǎo)論3理論與實(shí)驗(yàn)的關(guān)聯(lián)性：

物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性科學(xué)，實(shí)驗(yàn)是判斷理論對錯(cuò)的終審法官，對此應(yīng)該沒有什么分歧。分歧在于實(shí)驗(yàn)?zāi)芊褡C明理論正確？

Einstein

說：千萬個(gè)實(shí)驗(yàn)不能證明一個(gè)理論正確，一個(gè)實(shí)驗(yàn)就可以證明一個(gè)理論錯(cuò)誤。物理學(xué)導(dǎo)論4

某評估專家到一所名牌大學(xué)的普通物理實(shí)驗(yàn)室查看學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，其中一份是用復(fù)擺測量重力加速度的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。該實(shí)驗(yàn)報(bào)告原理敘述正確，采集數(shù)據(jù)合理，數(shù)據(jù)處理符合要求，結(jié)果分析令人信服。但老師的評分是：不及格！評估專家拿著這份報(bào)告問負(fù)責(zé)教師：

專家：為什么不及格？

老師：關(guān)鍵在這！（老師用手指著一行畫了紅線的文字：本實(shí)驗(yàn)證明了本地的重力加速度g=9.803m/s2。）

專家：這個(gè)當(dāng)然不對，但為此判個(gè)不及格是否狠點(diǎn)？

老師：實(shí)驗(yàn)只能驗(yàn)證理論，哪能證明理論，這是基本常識。連這個(gè)都不懂哪能及格！你不狠點(diǎn)，他根本不理，下次照常。這個(gè)錯(cuò)誤流毒甚廣，真不知道是跟哪位高人學(xué)的！很可能有些地方的教師就是這樣講的。簡直是“胡先生說評書----胡說！”事后，評估組感概：難怪這個(gè)學(xué)校實(shí)驗(yàn)如此出名，用人單位搶著要該校畢業(yè)生！真是名師出高徒！案例物理學(xué)導(dǎo)論5

以歐姆定律為例。對于給定的電阻，可以測量它的伏安特性曲線，理論要求這曲線應(yīng)該是過原點(diǎn)的直線。（1）實(shí)驗(yàn)只能測量有限個(gè)數(shù)的點(diǎn)，而電流（或電壓）是連續(xù)變量，即使這些點(diǎn)共線，你怎么知道沒有測量的點(diǎn)也在線上？（2）這些點(diǎn)真的嚴(yán)格在一條直線上嗎？

結(jié)論：我們不能說：實(shí)驗(yàn)證明了歐姆定律成立是不合適了。我們只能說：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了歐姆定律；或者說：在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，理論與實(shí)驗(yàn)一致。案例物理學(xué)導(dǎo)論6一個(gè)實(shí)驗(yàn)就可以證明一個(gè)理論錯(cuò)誤

------從伽利略提出落體定律和慣性運(yùn)動(dòng)概念說起案例物理學(xué)導(dǎo)論物理實(shí)驗(yàn)的基本程序?qū)嶒?yàn)課題的選擇實(shí)驗(yàn)的構(gòu)思與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的實(shí)施實(shí)驗(yàn)的觀測與記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理論解釋物理學(xué)導(dǎo)論什么叫物理實(shí)驗(yàn)方法？

物理實(shí)驗(yàn)方法是人們根據(jù)一定的目的和計(jì)劃，利用物理儀器和設(shè)備,

人為地控制或模擬物理現(xiàn)象，排除各種偶然、次要因素的干擾，突出主要因素，在有利條件下重復(fù)地研究物理現(xiàn)象及其規(guī)律。物理實(shí)驗(yàn)方法有何特點(diǎn)？

1.物理實(shí)驗(yàn)方法的簡化和純化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際研究的需要借助精密的儀器嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件排除各種偶然因素、外界的干擾把自然過程加以簡化和純化以求達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｎ锢韺W(xué)導(dǎo)論

2.物理實(shí)驗(yàn)方法可以強(qiáng)化研究條件在物理實(shí)驗(yàn)中人們可以利用各種實(shí)驗(yàn)方法，創(chuàng)造出在自然狀態(tài)下所沒有的，或者自然界無法控制而在生產(chǎn)過程中又難以實(shí)現(xiàn)的某些特殊的極限條件。如超高溫、超高壓、超高真空、超強(qiáng)磁場等。這樣就能使物質(zhì)變化過程向著指定方向強(qiáng)化，從而可發(fā)現(xiàn)許多有重大意義的新現(xiàn)象和新事實(shí)。

3.實(shí)驗(yàn)方法可以模擬、加速或延緩物理過程運(yùn)用物理實(shí)驗(yàn)方法，可主動(dòng)地控制研究對象及其發(fā)展變化過程，它可以對不可接近的自然現(xiàn)象進(jìn)行間接研究，使其變化過程加速進(jìn)行或延緩放慢，從而擴(kuò)大研究對象的時(shí)空范圍，給研究者帶來方便。物理學(xué)導(dǎo)論

4.物理實(shí)驗(yàn)方法可以再現(xiàn)和重復(fù)物理過程再現(xiàn)與重復(fù)是對實(shí)驗(yàn)方法的基本要求。無論采用什么樣的實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)都必須能夠再現(xiàn)。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，重復(fù)做此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該得出相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。所以任何一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，除了列出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果外，還必須寫出實(shí)驗(yàn)的時(shí)間、條件，以便重復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這樣才保證了物理學(xué)理論具有描述、解釋和預(yù)測自然的能力，才能顯示出科學(xué)的意義。

物理學(xué)導(dǎo)論物理實(shí)驗(yàn)的基本實(shí)驗(yàn)方法一、比較法通過將待測未知量與已知標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，從而達(dá)到測量目的的方法稱為比較法。實(shí)際上，任何一個(gè)測量過程，原則上講都是一種比較過程，所以比較法在物理實(shí)驗(yàn)中是最基本、最普遍的測量方法。物理學(xué)導(dǎo)論二、放大法

(1)積累放大法:

在物理實(shí)驗(yàn)中我們常常可能遇到這樣一些問題，即受測量儀器的精度的限制，或存在很大的噪聲或受人反應(yīng)時(shí)間限制，單次測量的誤差很大或者無法測量出待測量的有用信息，采用積累放大法來進(jìn)行測量，就可以減少測量誤差、降低噪聲和獲得有用的信息。例如力學(xué)實(shí)驗(yàn)中單擺測重力加速度實(shí)驗(yàn)的周期測量。

物理學(xué)導(dǎo)論

(2)機(jī)械放大法:

機(jī)械放大是最直觀的一種放大方法，例如利用游標(biāo)可以提高測量的精細(xì)程度，原來分度值為y的主尺，加上一個(gè)n等分的游標(biāo)后，組成的游標(biāo)尺的分度值△y=y/n,即對y細(xì)分了n倍，這對直標(biāo)尺和角游標(biāo)都是適用的。螺旋測微原理也是一種機(jī)械放大，通過螺紋將縱向的微小變化放大成圓周方向上的較大變化。

物理學(xué)導(dǎo)論

(3)電信號的放大和信噪比的提高:

電信號的放大可以是電壓放大、電流放大、功率放大電信號亦可以是交流的或直流的。隨著微電f技術(shù)和電子器件的發(fā)展，各種電信號的放大都很容易實(shí)現(xiàn)，因而也是用的最廣泛最普遍的。

物理學(xué)導(dǎo)論

(4)光學(xué)放大法:

光學(xué)放大的儀器有放大鏡、顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡。這類儀器只是在觀察中放大視角，并不是實(shí)際尺寸的變化，所以并不增加誤差。因而許多精密儀器都是在最后的讀數(shù)裝置上加一個(gè)視角放大裝置以提高測量精度。微小變化量的放大原理常用于檢流計(jì)、光杠桿等裝置中。

物理學(xué)導(dǎo)論三、轉(zhuǎn)換測量法轉(zhuǎn)換法主要是尋求物理量之間的相互關(guān)系。一般可分為參量轉(zhuǎn)換測量和能量轉(zhuǎn)換測量法。

(1)參量換測法：利用物理量之間的某種變換關(guān)系，以達(dá)到測量某一物理量的方法稱為參量換測法。這種方法可以把不可測的量轉(zhuǎn)換成可測的量，把測不準(zhǔn)的量轉(zhuǎn)換成可測準(zhǔn)的量，用測量物理量的改變量代替測量的物理量，把單個(gè)測量點(diǎn)的計(jì)算方法改變?yōu)槎鄠€(gè)測量點(diǎn)的作圖法。

例如：

密度測量實(shí)驗(yàn)中將不規(guī)則固體體積的測量轉(zhuǎn)換為質(zhì)量的測量；分光計(jì)實(shí)驗(yàn)中將棱鏡折射率的測量轉(zhuǎn)換為最小偏向角的測量。

物理學(xué)導(dǎo)論

(2)能量轉(zhuǎn)測法：是利用物理學(xué)中的能量守恒定律以及能量形式上的相互轉(zhuǎn)換規(guī)律進(jìn)行轉(zhuǎn)換測量的方法，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的器件稱為傳感器。

例如：用熱電偶測量溫度，是利用材料的溫差電動(dòng)勢原理，將溫度測量轉(zhuǎn)換成對熱電偶的溫差電動(dòng)勢的測量，它屬于熱電換測法。此外，實(shí)驗(yàn)中還常用到壓電換測法(壓力和電勢間的變換,如話筒和揚(yáng)聲器)、光電換測法(光信號轉(zhuǎn)換為電信號，如光電管、光電池、光敏二極管等器件)及磁電換測法(磁學(xué)量與電學(xué)量的轉(zhuǎn)換，如霍爾元件)等。

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