物理实验方法.ppt

1物理实验方法物理实验方法林晓东林晓东物理学导论 2 理论物理与物理理论物理学分类: “理论物理属于最不明确, 又不得不设的一门学科”。实际上,物理学的每一个分支学科都具备相对完善的理论基础。本科阶段研究生阶段物理学理论物理凝聚态物理粒子与原子核物理应用物理学等离子体物理原子分子物理光学无线电物理声学物理学导论 3 理论与实验的关联性: 物理学是一门实验性科学,实验是判断理论对错的终审法官,对此应该没有什么分歧。分歧在于实验能否证明理论正确? Einstein 说: 千万个实验不能证明一个理论正确,一个实验就可以证明一个理论错误。物理学导论 4 某评估专家到一所名牌大学的普通物理实验室查看学生的实验报告,其中一份是用复摆测量重力加速度的实验报告。该实验报告原理叙述正确,采集数据合理,数据处理符合要求,结果分析令人信服。但老师的评分是: 不及格! 评估专家拿着这份报告问负责教师: 专家: 为什么不及格? 老师: 关键在这!(老师用手指着一行画了红线的文字:本实验证明了本地的重力加速度 g = m/s 2。) 专家: 这个当然不对,但为此判个不及格是否狠点? 老师: 实验只能验证理论,哪能证明理论,这是基本常识。连这个都不懂哪能及格!你不狠点,他根本不理,下次照常。这个错误流毒甚广,真不知道是跟哪位高人学的!很可能有些地方的教师就是这样讲的。简直是“胡先生说评书---- 胡说! ”事后,评估组感概:难怪这个学校实验如此出名,用人单位抢着要该校毕业生!真是名师出高徒! 案例物理学导论 5 以欧姆定律为例。对于给定的电阻,可以测量它的伏安特性曲线, 理论要求这曲线应该是过原点的直线。(1)实验只能测量有限个数的点,而电流(或电压)是连续变量, 即使这些点共线,你怎么知道没有测量的点也在线上? (2)这些点真的严格在一条直线上吗? 结论: 我们不能说:实验证明了欧姆定律成立是不合适了。我们只能说:实验验证了欧姆定律; 或者说:在实验误差范围内,理论与实验一致。案例物理学导论 6 一个实验就可以证明一个理论错误------ 从伽利略提出落体定律和惯性运动概念说起案例物理学导论物理实验的基本程序实验课题的选择实验的构思与设计实验的实施实验的观测与记录实验数据的处理实验结果的理论解释物理学导论什么叫物理实验方法? 物理实验方法是人们根据一定的目的和计划,利用物理仪器和设备, 人为地控制或模拟物理现象,排除各种偶然、次要因素的干扰,突出主要因素,在有利条件下重复地研究物理现象及其规律。物理实验方法有何特点? 1. 物理实验方法的简化和纯化实验设计时应根据实际研究的需要借助精密的仪器严格控制实验条件排除各种偶然因素、外界的干扰把自然过程加以简化和纯化以求达到实验目的。物理学导论 2. 物理实验方法可以强化研究条件在物理实验中人们可以利用各种实验方法,创造出在自然状态下所没有的,或者自然界无法控制而在生产过程中又难以实现的某些特殊的极限条件。如超高温、超高压、超高真空、超强磁场等。这样就能使物质变化过程向着指定方向强化,从而可发现许多有重大意义的新现象和新事实。 3. 实验方法可以模拟、加速或延缓物理过程运用物理实验方法,可主动地控制研究对象及其发展变化过程,它可以对不可接近的自然现象进行间接研究,使其变化过程加速进行或延缓放慢, 从而扩大研究对象的时空范围,给研究者带来方便。物理学导论 4. 物理实验方法可以再现和重复物理过程再现与重复是对实验方法的基本要求。无论采用什么样的实验方法, 实验都必须能够再现。在相同的实验条件下,重复做此项实验,应该得出相同的实验结果。所以任何一项实验报告,除了列出实验数据、实验结果外,还必须写出实验的时间、条件,以便重复进行实验。这样才保证了物理学理论具有描述、解释和预测自然的能力,才能显示出科学的意义。物理学导论