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1、背景介绍背景介绍 在在物物理理实实验验的的测测量量过过程程中中，由由于于各各种种原原因因，如如电电表表内内阻阻的的存存在在、光光程程的的不不对对称称等等，使使原原有有测测量量状状态态受受到到影影响响。补补偿偿法法就就可可以以制制造造另另一一种种因因素素去去补补偿偿不不合合理理因因素素的的影影响响，使使这这种种影影响响减减弱弱或或对对测测量量无无影影响响。补补偿偿法法大大多多用用在在补补偿偿测测量量和和补补偿偿校校正正系系统统误误差差两两个个方方面面，在在测测量量中中是是一一种种常常用用的的精精密密测测量量方方法法，它它可可以精确地测量某些物理量。以精确地测量某些物理量。第1页/共19页研究方案
2、（主要内容）研究方案（主要内容）1 电压补偿法电压补偿法5 结论结论2 电流补偿法电流补偿法3 光程补偿法光程补偿法4 用补偿法减小外界环境对实验的影响用补偿法减小外界环境对实验的影响第2页/共19页1 电压补偿原电压补偿原理理 任何电源都有一定的内阻，测量电源两极间的电任何电源都有一定的内阻，测量电源两极间的电位差时，与电源构成通路，内阻上就有电压降落，因位差时，与电源构成通路，内阻上就有电压降落，因此，伏特表上指示的数值不是电源的电源电动势，而此，伏特表上指示的数值不是电源的电源电动势，而是它的端电压。电位差计就是利用电压补偿原理测量是它的端电压。电位差计就是利用电压补偿原理测量电动势或电
3、位差的仪器。对于一段具有一定电压的电电动势或电位差的仪器。对于一段具有一定电压的电路（或电源），并联上一个可调电源（也可以是分压路（或电源），并联上一个可调电源（也可以是分压电路的一部分），当可调电源的电压与电路上的电压电路的一部分），当可调电源的电压与电路上的电压（或电动势的电势）相等时，并联回路中的电流为零（或电动势的电势）相等时，并联回路中的电流为零,称为电压补偿原理，如图称为电压补偿原理，如图1-1所示。所示。第3页/共19页电压补偿原理图电压补偿原理图第4页/共19页图1-2所示的电路包括两个部分：有工作电源E、电阻箱 和电阻丝AB（实验中的电位补偿板）构成的工作回路和由未知电源、检
4、流计G、滑线变阻器R和滑动点M、N间的电阻组成的补偿回路。改变M、N的位置可得到不同的电位差,若调节M、N在某一位置时，检流计中无电流流过，则表明（1-2）（1-1）使检流计的指示值为零，有 改变M、N两点的位置，使检流计G的指示值再次为零（1-3）第5页/共19页由（1-1）式和（1-3）式两式可得 由于电阻丝AB各处的截面积相等，电阻率也相同，故两次的电阻之比等于两次长度之比 为结果表明利用二次电压补偿可以将对电阻的测量转化为对长度的测量。第6页/共19页2 电流补偿法当我们在一电路中串入电流表测量其电流时，往往由于电流表的内阻而使测量值较原电路的真实值为小（如图2-1）。为此我们可以设计
5、如图2-2所示电路图。在这个电路中多了一个回路，且原回路通过检流计G的电流方向正好与第二个回路通过检流计的方向相反。这样做的目的，就是用第二个回路的电流将原回路通过检流计的电流“补偿”使得通过检流计的电流为零，从而检流计两端的电流相等，就相当于B、C两点接在一起，此时原回路中的电流值就是需要测量的真实电流值。显然，第二个回路中的电流值与之相等。这样，电流表中所显示的电流值就是真是测量结果，且较为直接。第7页/共19页电流补偿实验装置电流补偿实验装置电流补偿原理改进后的装置图第8页/共19页测量次数1234545.345.245.345.245.2测量次数1234542.542.642.542.
6、542.6表2-1 用电流补偿法测量的结果 表2-2 直接用电流表测量的结果 由电流补偿法的原理和测得的结果可以看出，电流补偿法的结果是比较“直接”可信的。第9页/共19页 3 光程补偿法光程补偿法 迈迈克克尔尔逊逊干干涉涉仪仪是是光光学学实实验验中中最最常常用用的的精精密密测测量量仪仪器器之之一一。在在这这个个实实验验装装置置中中有有2块块材材料料相相同同、厚厚度度均均匀匀且且相相等等的的平平行行玻玻璃璃片片。补补偿偿板板是是迈迈克克尔尔逊逊干干涉涉仪仪中中一一个个非非常常重重要要的的器器件件，安安装装玻玻璃璃片片的的目目的的是是补补偿偿光光程程，补补偿偿两两相相干干光光束束因因通通过过玻玻
7、璃璃片片次次数数不不同同而而引引起起的的附附加加光光程程，从从而而形形成成一一系系列列同同心心等等倾倾干干涉涉圆圆环环。若若拿拿掉掉补补偿偿板板后后，由由于于两两臂臂光光程程不不对对称称，光光程程差差将将发发生生变变化化，就就不不能能观观察察到到形形状状随随光光程程差差变变化化的的等等倾倾干干涉涉原原图图样。可见，补偿法的运用使实验装置更加完善合理。样。可见，补偿法的运用使实验装置更加完善合理。第10页/共19页4 用补偿法减小外界环境对实验的影用补偿法减小外界环境对实验的影响响 物物理理实实验验总总是是在在某某一一特特定定环环境境中中完完成成的的,环环境境对对实实验验结结果果产产生生的的影影
8、响响是是难难免免的的。例例如如力力学学中中接接触触面面的的摩摩擦擦和和空空气气的的阻阻力力、热热学学实实验验中中实实验验系系统统与与外外界界的的热热交交换换、电电学学实实验验中中温温度度对对电电阻阻的的影影响响等等。在在设设计计实实验验时时,均均应应考虑怎样消除或减小这些影响。考虑怎样消除或减小这些影响。第11页/共19页4.1 对称操作补偿法 在实验中设计增加一些因素在实验中设计增加一些因素,用补偿的方法抵消或减小那些难以用补偿的方法抵消或减小那些难以避免的外界条件的影响。以下对在气垫导轨上验证牛顿第二定律实避免的外界条件的影响。以下对在气垫导轨上验证牛顿第二定律实验作出具体分析。验作出具体
9、分析。图4-1 补偿法验证牛顿第二定律示意图 图4-2混合法测固体比热容的散热补偿原理第12页/共19页4.2 散热补偿法用混合法测量物质比热或熔解热的实验是将实验系统作为一个理想的绝热系统来处理的,但由于实验过程对混合物质质量配置和初温设置的要求都比较苛刻,且系统的过程散热较难控制,因此,考虑到数据分析时系统吸热和放热与实际过程的不对称,通常用散热补偿法对该实验进行散热修正。第13页/共19页4.3 电阻的温度补偿在有些电学实验中,要求有较准确的电阻值,而一般电阻的阻值都是随温度的升高而变大的,这样就会影响实验结果。解决这个问题的方法就是用热敏元件来作相应的补偿。最简单的方法是将一个热敏元件
10、与电阻并联,当温度升高时电阻的阻值就变大,热敏元件的阻值变小,这样总电阻就得到补偿从而使之基本不变。由于很多半导体元件对温度比一般电阻更加敏感,因此温度补偿电路在电子线路中得到普遍应用。第14页/共19页结论 1）电位差计是根据补偿法设计出的一分压装置，它将被测电压和标准电动势加以比较。被测电压值仅取决于电阻比及标准电动势，因而利用补偿法能够达到较高的测量准确度2）用补偿法“校准”和“测量”时，检流计两次均指零，表明测量时既不从回路内的标准电动势源（通常用标准电池）中吸取电流，也不从测量回路中吸取电流。因此，补偿法不改变被测回路的原有状态及电压等参量，同时可避免测量回路中，导线电阻、标准电池的
11、内阻及被测回路中等效内阻对测量准确度影响，这是补偿法测量准确度较高的另一原因。第15页/共19页3)通过以上几个方面对运用补偿法实例的分析与讨论，充分证明了补偿法是一种行之有效的解决物理问题的好办法。但需要指出的是并不是所有的难以解决的物理问题都能用补偿法来解决，要具体问题具体分析，不能盲目的补偿，否则不但不能解决实际问题还可能导出错误的结论。第16页/共19页参考文献 1赵维义.大学物理实验教程;清华大学出版社.2007.11 2张雄.王黎智.马力.物理实验设计与研究;科学出版社.2001 3丁益民.徐扬子.大学物理实验基础与综合部分;科学出版社.2008 4Georgios B,Gannakis,Yingbo Hua,et al.无线通信与移动通信中信号处理研究的新进展M.刘郁林5唐文强.韦名德.杨端.大学物理实验;北京理工大学出版社2007.2 6周殿清.张文炳.冯辉.基础物理实验;科学出版社.20097张志东.魏怀鹏.展永.大学物理实验,（第二版);科学出版社.2007 8吴锋.李端勇.大学物理实验,基本篇（第二版）;科学出版社.2009 第17页/共19页谢谢各位老师第18页/共19页感谢您的观看。第19页/共19页