基本試驗

圍繞實驗的設計原理、誤差控制數據處理三個環節,都有它們自己的一些有普遍意義的方法,在中學階段涉及的主要是以下一些方法。

設計實驗原理

(1)控制變數法。如:在“驗證牛頓第二定律的實驗”中,加速度、力和質量的關係控制。在“研究單擺的周期”中,擺長、偏角和擺球質量的關係控制。
(2)近似替代法。用伏安法測電阻時,選擇了合適的內外接方法,一般就忽略電錶的非理想性。
(3)等效替代法。某些量不易測量,可以用較易測量的量替代,從而簡化實驗。在“驗證碰撞中的動量守恆”的實驗中,兩球碰撞後的速度不易直接測量,在將整個平拋時間定為時間單位後,速度的測量就轉化為對水平位移的測量了。
(4)模擬法。當實驗情景不易或根本無法創設時,可以用物理模型或數學模型等效的情景代替,儘管兩個情景的本質可能根本不同。“描繪電場中的等勢線”的實驗就是用電流場模擬靜電場。
(5)微小量放大法。微小量不易測量,勉強測量誤差也較大,實驗時常採用各種方法加以放大。卡文迪許測定萬有引力恆量,採用光路放大了金屬絲的微小扭轉;在觀察玻璃瓶受力後的微小形變時,使液體沿細玻璃管上升來放大瓶內液面的上升。

控制實驗誤差

(1)多次測量法。多次測量法減小偶然誤差,這是所有實驗必須採取的辦法,也是做實驗應具有的基本思想。
(2)積累法。一些小量直接測量誤差較大,可以累積起來測量,以減小誤差。“用單擺測定重力加速度”的實驗中,為了減小周期的測量誤差,不是測量完成一次全振動的時間,而是測量完成30~50次全振動的時間。

數據處理

(1)逐差法。這就是用打點計時器打出的紙帶計算加速度時用到的方法,這種方法充分利用了測量數據,具有較好的取平均的效果。
(2)圖象法。能從圖象清楚看出物理量間的關係,在“描繪小燈泡伏安特性曲線”的實驗中,採用了這種方法得出電阻與溫度有關的結論;可用圖象法求物理量的值,在“測定電源電動勢和內阻”的實驗中用圖象法來求E和 不僅有取平均的效果,還可以剔除個別有錯誤的測量數據。
圍繞某一領域實驗的共同需要,形成一些方法。在中學階段主要有:

記錄運動

(1)用頻閃照片記錄運動。例如用小球自由下落的頻閃照片研究自由落體運動的規律;用平拋小球的頻閃照片研究平拋運動的規律;用彈簧振子的頻閃照片研究簡諧運動的規律。
(2)用打點計時器記錄運動軌跡。例如研究勻變速直線運動、驗證機械能守恆等

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