【微小量的测量】测量微小伸长量的方法
时间：2019-02-02 03:19:11 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
中学物理实验中，许多实验设计构思十分巧妙，其中一些实验方法在物理理论的建立和发展中具有重要的意义，其间凝聚着科学家的智慧和创造，如在现象变化、待测量很微小的情况下，可采用放大的方法。放大的方法很多，放大的对象各不相同，以下介绍几种在实验中经常使用的放大方法。�
1 机械放大�
机械放大主要是将微小尺度的变化转换为较大尺度的变化，如螺旋测微器和游标卡尺。螺旋测微器是将其固定刻度（主尺）上一个螺距（0.5�mm�）的微小长度的变化转换为可动刻度（游标尺）的一周的转动，每转一周固定刻度前进或后退0.5�mm�，这样就将0.5�mm�的微小长度转变成了可动刻度的周长。通过这种运动方式的变化实现放大的目的。游标卡尺则是利用主尺和游标尺最小分度的差，将游标尺的微小移动转换为游标尺和主尺在较大尺度上的比较进行放大，从而达到放大的目的。另外，许多电表如电流表、电压表则是通过一根较长指针的转动把通电后线圈的偏转角度显示出来。��
2 光放大 �
光放大是通过光的反射、折射、叠加等原理将微小量放大为可测量。�
放大镜、显微镜、幻灯机等就是利用光学元件对观察对象的空间尺度所做的放大。显微镜与放大镜作用原理相同，就是把近处的微小物体成一放大的像，以供人眼观察，只是显微镜比放大镜具有更高的放大率而已。 幻灯机则是利用了光的直线传播和光学器件的作用进行放大的。�
微小形变的演示、卡文迪许实验和拉伸法测定金属丝的杨氏模量时，都用到了光的反射进行放大即光杠杆法。光杠杆法可以实现非接触式的放大测量，且直观、简便、精度高，所以常被采用。�
在讲弹力的微小形变时，我们是这样做的，如图2所示，入射光的位置不变，光线经M、N两平面镜两次反射，射到一个刻度尺上，形成一亮点。用力压桌面，发现激光束照在刻度尺上的刻度向下移动了，说明桌面发生了形变。光杠杆很容易实现了微小形变的放大。��
卡文迪许用两个质量一样大的铁球（m）分别放在扭秤的两端，扭秤中间用一根韧性很好的钢丝系在支架上，钢丝上有个小镜子，用激光照射镜子，激光反射到一个很远的地方，标记下此时激光所照射的位置。 然后用两个质量一样的铁球（m′）同时分别吸引扭秤上的两个铁球，如图3所示，由于万有引力作用，扭秤微微偏转，但激光所反射的远点却移动了较大的距离，他用此方法计算出了万有引力公式中的常数G。 此实验的巧妙之处在于将微弱的力的作用进行了放大。��
在利用拉伸法测定杨氏模量时我们也用到了光杠杆（图4），光杠杆系统由光杠杆镜架与尺读望远镜组成。光杠杆结构如图4（b）所示，它是一个附有三个尖足的平面镜。三个尖足的边线为一等腰三角形，前两足刀口与平面镜在同一平面内（平面镜俯仰方位可调），后足在前两足刀口的中垂线上。尺读望远镜由一把竖立的毫米刻度尺和在尺旁的一个望远镜组成。将光杠杆和望远镜按图4所示放置好，按仪器调节顺序调好全部装置后，就会在望远镜中看到经由光杠杆平面镜反射的标尺像。设开始时，光杠杆的平面镜竖直，即镜面法线在水平位置，在望远镜中恰能看到望远镜处标尺刻度S�1的像。当挂上重物使细钢丝受力伸长后，光杠杆的后脚尖f1随之绕前两足脚尖f�2f�3下降ΔL，光杠杆平面镜转过一较小角度θ，法线也转过同一角度θ。根据反射定律，从S�1处发出的光经过平面镜反射到S�2（S�2为标尺某一刻度），根据光路可逆性原理，从S�2发出的光经平面镜反射后将进入望远镜中�被观察到。钢丝的微小形变通过光杠杆放大成为可测量。�
3 累积放大 �
累积放大对微小量的测量，可采用累计后求平均的方法以减少相对误差，这是一种间接性的放大。如薄纸的厚度可测多张纸的厚度取平均值而求得；细金属丝的直径，在没有螺旋测微器和游标卡尺时，我们可以将细金属丝绕一圆柱棒上多圈后测出长度，从而取平均值测出；单摆的周期很短，可以通过测出几十次摆动的时间，求平均值而得到等等。�
油膜法测分子直径也是累积放大对微小量的测量。把一滴油滴到水面上，油在水面上充分散开形成单层分子油膜，通常把分子看成是球形，这样油膜的厚度就等于油分子的直径d，而油分子又是一个挨一个地排列的，实验时测出油滴的体积V，再测出油膜的面积S，就可估算出油分子的直径d=V/S。�
常见的放大还有杠杆放大和电放大等，比较简单，在此就不再累述。�
学生对中学物理实验方法的认识和掌握情况，直接影响着学生的实验设计能力和实验创新能力，因此加强对学生实验方法的认识和指导是非常重要的。
(栏目编辑王柏庐)
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