關於物理實驗的設計方法介紹

1.積累法

某些微小量的測量，在現有儀器的準確度內難以測準確，若採用將這些微小量積累後求平均的方法能減小誤差。如要測一面書紙的厚度，可測全部書紙的總厚度，然後除以紙張數；在用單擺測定重力加速度的實驗中，需要測定單擺的週期，用秒錶去測一次全振動的時間誤差很大，但可以測30—50次振動的時間t，從而求出單擺的週期T=t/n（n為全振動次數）。

2.控制法

在一些實驗中，往往存在多種變化因素，為了研究某些量之間的關係，可以先控制一些量不變，依次研究某一個因素的影響。例如，在驗證牛頓第二定律的實驗中，為了驗證加速度a與合外力 F及物體質量m三者的關係，可以先保持m不變，研究a與F的關係，研究a與m的關係再保持F不變，驗證a與m的關係。又如研究導體中的電流強度I與導體的電阻R和導體兩端電壓u的關係，可以先保持R不變，研究I與U的關係，再保持u不變，研究I與R的關係，從而得到導體的電流強度與導體兩端的電壓成正比，與導體的電阻成反比的結論。

3.放大法

在現象、變化、待測量很微小的情況下，可採用“放大”的方法。根據放大對象的不同，放大的方法也各異。螺旋測微計、遊標卡尺是對“長度”的“機械放大”；望遠鏡，顯微鏡是利用透鏡來進行“光放大”；喇叭，蜂嗚器是對聲的放大；用晶體三極管可對電信號進行“電放大”；投影式是表、教具藉助投影儀來放大。

物理課本上介紹的卡文迪許設計的測量萬有引力的著名扭秤裝置，該實驗的關鍵是要測量出由於小球m受到大球m′的吸引時，石英絲被扭轉的角度。但是小球m和大球m′之間的引力非常微弱，因而石英絲扭轉的角度也極為微小，不進行放大無法觀測。卡文迪許正是巧妙地運用了光點反射放大法，藉助從小平面鏡M的反射光在刻度尺上移動的距離來求出扭轉角，再根據扭轉角就可以算出m與m′的引力F。

光點反射放大法是物理實驗中常用的放大方法，它是使光的反射角的微小變化，通過反射線投射到遠處光屏上的.光點的移位來顯示，其變化的顯著程度取決於反射鏡至光點投射之間的距離；另外，槓桿放大法也是較常用的放大方法，它是利用有固定轉軸的指針，微小變化作用於指針槓桿的短臂，而觀察點則在長臂的頂端，觀察的顯著程度取決於長臂與短臂的比值。

4.轉換法

某些物理量不容易直接測量，或某些現象直接顯示有困難，可以採取把所要觀測的變量轉換成其他變量進行間接觀察和測量，這就是轉換法。

如玻璃瓶的微小形變難以直接觀察，但用插在瓶塞上的毛細管裏液柱的高低來顯示，則現象明顯；雙金屬片熱脹冷縮時的彎曲，不用投影儀是不容易看清楚的，但利用它的彎曲來接通電路，則效果更好。

5.平衡法

物理學中常利用一個量的作用與另一個（或幾個）量的作用相同，相當或相反來設計實驗，製作儀器，進行測量，這就是所謂的平衡法。如彈簧秤的設計是利用了力的平衡，天平的設計是根據力矩的平衡，温度計的設計思想是熱的平衡等。

6.比較法

比較法是在一定的條件下找出研究對象之間的同一性和差異性。在物理學中由於研究對象的廣泛性和多樣性，比較的形式也是靈活多樣的，可以是比較某物理現象在實驗時間內前後的變化情況，可以是同時對幾類物理對象的現象，變化過程的比較，也可以是比較同一對象中不同條件下的變化情況等。如通路自感實驗，就是通過電感支路和電阻支路在通電時兩燈泡發亮的先後比較，來説明線圈在通過自身的電流發生變化時會產生感生電動勢，阻礙電流的變化。在研究透鏡成像的實驗中，就是比較物體在u＞2f，f＜u＜2f和u＜f三種不同情況下通過透鏡所成像的不同，從而總結出凸透鏡成像的規律和特點的。

7.留跡法

在物理實驗中，有些物理現象瞬息即逝，如運動物體所處的位置、軌跡或圖像等，用一定的方法記錄下來，然後通過測量或觀察來進行研究，就是留跡法。如測定勻變速直線運動的加速度的實驗，就是通過紙帶上打出的點記錄小車的位移和運動的時間，從而計算小車在各個位置或時刻的速度，並求出加速度；對簡諧振動則是通過擺動漏斗漏出的細沙落在勻速拉動的硬紙板上而記錄下各個時刻擺的位置，從而能很方便地研究諧振動的圖像；用閃光照相法記錄自由落體運動的軌跡；用示波器顯示變化的波形等，都是用留跡法進行研究的。