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物理实验的构思方法——放大法

发布时间：

2023-05-06

物理实验的构思方法——放大法

高仔芝

摘要：物理实验中常常要测量观察细小的物体。为了提高测量的精确度，使观察更清楚，人们常选用特殊的测量仪器和装置将被测物理量放大后再进行测量。我们把这种提高测量精确度、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放大法。常见的放大法有累积放大法、机械放大法、光学放大法、时间放大法、电学放大法等。

关键词：物理实验构思放大法

物理实验是指人们有目的、有计划地把生产和生活实践过程中所观察、所发现的物理现象，在实验室利用仪器、仪表及各种实验装置进行反复研究的活动。物理实验的构思方法很多，有复制法、间接法、比较法、模拟法、放大法等等，下面着重谈谈放大法。

一、累计放大法

在被测物理量能够简单重叠的条件下，将它展延若干倍再进行测量的方法，称为累计放大法(叠加放大法)。

1.测纸的厚度

长度是最基本的测量，要想用分度值是毫米的刻度尺直接测出一张纸的厚度，那是根本不可能的，有没有好的办法呢?我们可以找很多张同样的纸，将它们紧紧地叠在一起，用刻度尺先测出它们的厚度，然后用所测出的厚度除以叠在一起纸的张数，就得到了一张纸的厚度。这种方法等于把纸的厚度放大了若干倍，从而使我们能够用分度值是毫米的刻度尺测出一张纸的厚度。

2.测邮票的质量。

要想用一架托盘天平测出一枚邮票的质量，看来有些不可能，仔细想想，我们可以仿照测纸的厚度的方法。先用托盘天平测出足够多枚(在托盘天平的称量范围内)邮票的质量，再用所测的质量除以邮票的枚数，就是一枚邮票的质量了。

累计放大法的优点是在不改变测量性质的情况下，将被测物理量扩展若干倍后再进行测量，从而增加测量结果的有效数字位数，减小测量的相对误差。在使用累计放大法时，应注意两点，一是在扩展过程中被测物理量不能发生变化；二是在扩展过程中应努力避免引入新的误差因素。

二、机械放大法

机械放大法是一种最直观的放大方法，它是一种空间放大方法。

1.游标放大法。

为了提高刻度尺的测量精度，通常在刻度尺(主尺)上附带一个可以沿尺身移动的小尺(游标尺)。游标尺上的分度值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δx，δx=y-x=y/p。差值δx称为游标尺的精度，它表示了游标尺能读准的最小值，也就是游标尺的最小分度值。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δx=1′

2.螺旋测微放大法。

螺旋测微计、读数显微镜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0.5mm，当丝杆转动一圈时，滑动平台就沿轴向前或后退0.5mm，在丝杆的一端固定一测微鼓轮，其周界上刻成50分格，因此当鼓轮转动一分格时，滑动平台移动了0.01mm，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.液压放大。

根据帕斯卡定律制成的液压机、水压机、油压千斤顶都符合“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。

除此之外，根据杠杆平衡的条件：F₁L₁=F₂L₂,推出: 由F₁和L₂的表达式可以看出，杠杆可以把力和位移放大或细分。

三、光学放大法

1.光学装置放大。

为了便于观察判别非常细小的物体，我们可以让被测物体通过光学装置放大视角形成放大像，从而提高测量的精确度。

2.光杠杆放大。

要想测量微小长度和微小角度变化，

我们常使用光杠杆镜尺法，它是将待测微小物理量进行间接放大的一种方法，也是物理实验中常用的一种放大法。

四、时间放大法

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。