下篇通過本教程上篇的學習，我們已初步掌握了物理實驗的一些基礎知識，包括誤差、不確定度和有效數字的基本概念及運算方法、資料處理的幾種基本方法等，並通過具體的實驗訓練接觸到了若干種不同的實驗測量方法。現在，我們就物理實驗中的幾種基本測量方法作一小結，一方面幫助大家複習鞏固已學內容，另一方面引導大家更好地進行本教程下篇中綜合提高性實驗的訓練。
物理實驗中的測量方法很多，內容也很廣泛。在本節中，我們僅對幾種工科大學物理實驗中常用的基本測量方法作概括性的介紹。
通過將待測的未知量與已知的標準量進行比較從而達到測量目的的方法稱為比較法。實際上，任何乙個測量過程原則上講都是一種比較的過程。所以，比較法在物理實驗中是最基本、最普遍的測量方法。
根據在比較過程中是否進行了轉換，可將比較法分為「直接比較法」和「間接比較法」兩類。
1）直接比較法
最簡單的直接比較法就是將待測量與量具上屬於同類物理量的標準量進行直接比較，測出其大小。例如用公尺尺測量長度，用秒錶測量時間。
在我們前面實驗中接觸到的平衡測量法、補償測量法和重合測量法等也屬於直接比較的範疇。例如，用等臂天平稱衡物體的質量就是一種平衡測量。又如，圖4-1所示的惠斯登電橋測電阻的實驗中，我們知道，只有當電橋平衡時才有關係式
從而可測出電阻，所以，從原理上講，這也是一種平衡測量。而圖4-2所示的測量電路體現的是補償測量的思想。先合上，調節使電阻絲上有特定的工作電流，然後合上，改變位置，使示零，則待測電動勢被電位差所補償。
圖4－l圖4－2
所謂重合法是指當待測量與已知標準量相差一小量時，可將兩者加以延伸、重複若干個週期後，使兩者重合在一起，這樣即可通過相互間的比較測出未知量的大小。在用光標尺（包括各類游標卡尺和角游標）測量中所運用的游標原理就體現了這種測量方法。
在一些具體的實驗中，為了提高測量精度也可運用這種重合法。例如，在用單擺測重力加速度實驗中，為了提高測週期的精度，可在測量擺邊上放一標準擺，設測量擺的待測週期為t，標準擺的週期已知為t0，假定標準擺比待測擺稍快，於是，在兩擺前後兩次同時通過平衡位置（重合）期間，標準擺擺動了凡次，而待測擺擺動了次，則有
於是這樣，就可通過重合比較法精確測出單擺週期。
2）間接比較法
很多待測量是無法進行直接比較的，只能通過間接比較的方法進行測量，即利用物理量之間的函式轉換關係製作成相應的儀器或設計出相應的方法進行間接比較。例如，溫度的測量就是利用某種物質的溫度特性設計出相應的測溫儀器，通過儀器間接比較進行的。電流錶測電流運用的也是間接比較法。
事實上，在我們已做過的「線式電位差計測電動勢」的實驗中，實際採用的也是如圖4-3所示的間接比較法。
所以在具體實驗中，為簡單起見，可令為特定值（工作電流標準化）
如果要用「流體靜力稱衡法』』測某種液體的密度，則最好也採用間接比較法。即分別將一特定固體在真空（空氣）中浸沒在已知密度的液體中及浸沒在待測密度的液體中進行稱衡，相應砝碼的質量分別為m、m1和m2，則根據浮力定律有
所以需要指出的是，正是這種形式上看來是間接的比較法能將待測量與最少的幾個可直接測量量以最簡捷的方式直接聯絡起來，從而消除了許多中間量的誤差累積作用，使測量變得簡單和準確。因此，這種方法在物理實驗中得到了廣泛的運用，在我們今後的實驗中，還要進一步學習和運用這種方法。
還需指出的是：這種間接比較往往是「不同時」的比較，所以又稱為異時比較法，而異時比較測量法是以實驗條件的穩定性為前提的（例如，在測、時要始終保持工作電流的標準化）。
在物理量的測量中，對於一些微小量，例如微小的長度，很短的時間，微弱的電流，如果採用常規的測量方法，或者無法測量，或者精度太低。這時通常需將被測量放大後再進行測量。所以，放**也是一種基本的測量方法（縮小也可視為放大，只是放大倍數小於1），常用的放**有累計放**，機械放**，光學放**，電子學放**等。
1）累計放**
在單擺法測重力加速度實驗中，設單擺週期為2 s，而用來測量週期的機械秒錶其儀器誤差為0.1 s，這樣我們如果用這一秒錶測量單個週期，則測量的相對不確定度為
但若改測50個週期的累計時間間隔，則測量的相對不確定度為
測量的儀器未變，但實驗精度已有很大提高。
在我們後面將要做的運用劈尖干涉測金屬絲直徑的實驗中，也要用到這種累計放**即為了測出相鄰干涉條紋的間距l，我們不是僅對某一條紋測量，而是測量若干個條紋的總間距l=nl，這樣可減少實驗的誤差。
2）機械放**
這是運用機械原理及相應的裝置將待測量進行放大測量的方法。。在遊標尺中運用的游標原理也體現了機械放大思想。
3）光學放**
通過光學手段對待測量進行放大，然後再進行測量的方法即為光學放大測量法。
圖4-4（a）所示要測量從c點發出的雷射束的微小張角，原理上講，在測出了ab和bc的長度後，由即可測出，但因也是一微小量，因此測量誤差較大。若延伸為測量相應的與，則在使用相同量具的條件下測量誤差將大為減小。所以，這種光學放**往往也稱為延伸法。
如果角非常小，以至於實驗室中無法按圖4-4（a）的方式將放大至足夠大，則可
圖4－4
如圖4-4（b）所示，借助於兩平行的平面鏡使雷射束在兩鏡問多次反射來延長光程，使其在射出時具有較大的光斑直徑。
顯然，在我們已做過的楊氏彈性模量測定實驗中，為測量金屬絲長度的微小伸長量而設計的「光槓杆法」正是這種光學放**的乙個典型例子。
我們知道，有許多光學測量儀器：如測微目鏡、讀數顯微鏡等它們本身就是根據光學放大原理設計而成的。所以，用這一類儀器進行測量也是光學放**的一種具體運用。
另外，這種光學放**在游標式靈敏檢流計中也有運用。
4）電子學放**
微弱的電訊號可以經放大器放大後進行觀測，若被測量為非電量，則可設法用感測器轉換為電學量，再經電子學放大進行測量，這種電子學放**在電磁測量中應用非常廣泛。
轉換測量法是根據物理量間的各種關係、物理現象及規律中存在的各種效應，運用變換原理進行測量的方法。由於物理量間的關係是多種多樣的，各種物理效應也有很豐富的內涵，所以有各種不同的換測法。這正是物理實驗中最具啟發性和開創性的一面。
隨著科學技術的發展，一方面，物理實驗的方法滲透到各學科領域，另一方面，物理實驗本身也不斷向高精度、寬量程、快速測量、遙感測量和自動化測量發展，而這一切都與轉換測量法密切有關。
轉換測量法大致可分為參量換測法和能量換測法兩大類。
1）參量換測法
。這種方法在物理實驗中應用得非常廣泛。例如，測密度實驗中將不規則固體體積的測量轉換為質量的測量，分光計實驗中將稜鏡折射率的測量轉換為最小偏向角的測量。類似的例子還可舉出很多。
2）能量換測法
除了參量的轉換以外，還有一類是運動形式的轉換，由於運動形式的轉換總伴有相應的能量形式的轉換，所以，利用這一類轉換時物理量的對應關係進行測量的方法稱為能量換測法。而這種能將一種能量形式轉換為另一種能量形式的器件稱為感測器，所以能量換測技術就是感測器技術。
（1）熱電換測——將熱學量轉換成電學量測量。例如，利用溫差電動勢原理將溫度的測量轉換成熱電偶的溫差電動勢的測量，或利用熱敏電阻的溫度特性將溫度的測量轉換成金屬電阻的測量。
（2）壓電換測——這是一種壓力和電勢間的變換，屬於力電換測技術的範疇。話筒和揚聲器就是我們所熟知的壓電換能器。話筒把聲波的壓力變化轉換為相應的電壓變化，而揚聲器則進行相反的轉換。
在我們以後的實驗中，將具體地學習和運用這一壓電換測技術。
（3）光電換測——這是一種將光通量變換為電量的換能器。其理論依據即是光電效應。前面實驗中使用過的光敏二極體，後面在光電效應實驗中所用的光電管等都是具體運用的例子。
事實上，各種光電轉換器件在測量和控制系統中已獲得相當廣泛的應用。
（4）磁電換測——這是利用半導體霍爾效應進行磁學量與電學量的換測。在後面的實驗中我們將以此進行對磁場的測量。
不難看出：以上幾種能量換測法基本上可歸結為「非電量電測法」範疇，即將位移、壓力、溫度、流量、光強、功率等非電學量轉換變成相應的電學量再實施測量。由於電學量具有控制方便，靈敏度高，反應速度快，能進行動態測量和自動記錄等優越性，因此，人們熱衷於這一技術的研究與運用也就不足為怪了。
模擬法是一種問接的測量方法，它不直接研究物理現象或過程本身，而是用與該現象或過程相似的模型來研究和測量。採用模擬法的基本條件是模擬量與被模擬量必須是等效或相似的，模擬法用途廣泛，對許多難以測量甚至無法測量的物理量或物理過程，可通過模擬法進行測量和研究。從原理上講，模擬法分為數學模擬和物理模擬兩大型別。
數學模擬就是指把兩個不同本質的物理現象或過程用相同的數學方程來描述的模擬。例如在研究靜電場時就運用了這種模擬法。即將一種易於實現，便於測量的穩恆電流場來模擬難以測量的靜電場。
當然，前提是這兩種場的分布具有相同的數學形式。
物理模擬就是保持同一物理本質的模擬，這種模擬法不僅運用於物理實驗上，而且更多地被運用到其他科學。例如：用振動台模擬**對工程結構強度的影響，用「風洞」（一種高速氣流裝置）中的飛機模型來模擬實際飛機在大氣中的飛行等。
把物理模擬和數學模擬兩者互相配合運用，就能更見成效，隨著微機的引入，用微機進行模擬實驗更為方便。
以上所述四種基本測量方法，在物理實驗中得到廣泛的運用。事實上，在許多具體的實驗中，這些方法往往是交織在一起，綜合運用的，大家在今後的實驗中，一定要勤於思考，認真分析，不斷總結，以逐步積累、提高自己的實驗知識和技能。
我們知道，系統誤差是指大小和符號保持不變或按一特定規律變化的那一部分誤差。我們也知道雖然系統誤差的出現具有某種特定的規律性，但這種規律性對不同的實驗測量卻是不同的。它不像處理隨機誤差那樣有完整和普遍適用的方法，而只能對每乙個具體情況採取不同的處理方法。
這就要求實驗者在學識、實際經驗、實際技巧等方面有相當的水平。對我們廣大同學來說，如何在實驗中發現、分析與處理系統誤差則是一項需要通過實驗訓練，上公升到理論總結，再回到實驗訓練中去以求逐步提高的實驗技能。
為了能正確有效地分析處理系統誤差，我們有必要首先了解一下系統誤差的不同型別及其特徵。
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090602232 王康 轉眼間大學一年的實驗課程已然結束。在這一年的實驗學習中，有過成功的喜悅，有過失敗的痛楚。在實驗中，我不但學到了知識，增長了我的動手能力，更學到了合作的重要，與我同組的同學分工，一起努力，協作完成實驗，這才是實驗賦予我最寶貴的能力。下面我對牛頓環一實驗做做具體的總結。牛頓環實...
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