放大法: 物理实验中常遇到一些微小物理量的测量。为提高测量精度,常需要采用合适的放大方法,选用相应的测量装置将被测量进行放大后再进行测量。常用的放大法有累计放大法、形变放大法、光学放大法等。
1)累计放大法:在被测物理量能够简单重叠的条件下,将它展延若干倍再进行测量的方法,称为累计放大法(叠加放大法)。如测量纸的厚度、金属丝的直径等,常用这种方法进行测量; 累计放大法的优点是在不改变测量性质的情况下,将被测量扩展若干倍后再进行测量,从而增加测量结果的有效数字位数,减小测量的相对误差。在使用累计放大法时,应注意两点,一是在扩展过程中被测量不能发生变化;二是在扩展过程中应努力避免引入新的误差因素。
2)形变放大法:形变是力作用的效果,在力学中形变的基本表现形式为体积、长度、角度的改变。而显示形变的方法可用力学的方法,也可用电学、光学的方法,如:体积的变化:由液柱的长度的变化显示;热膨胀:杠杆放大法显示。
3)光学放大法:常用的光学放大法有两种,一种是使被测物通过光学装置放大视角形成放大像,便于观察判别,从而提高测量精度。例如放大镜、显微镜、望远镜等。另一种是使用光学装置将待测微小物理量进行间接放大,通过测量放大了的物理量来获得微小物理量。例如测量微小长度和微小角度变化的光杠杆镜尺法,就是一种常用的光学放大法。
放大电路简单说就是将信号源提供的微弱信号放大去驱动负载正常工作。因为信号源提供的信号功率太小,没办法去直接驱动负载,放大器控制外接直流电源的输出功率,使之随输入信号一起变化,然后将这个变化的能量输送给负载,使得负载正常工作。实质上是一种能量控制作用!
单管放大电路按结构分 共射级,共基极,共集电极(三极管)。场效应管有共源极。共漏极,共栅极三种。
按放大对象分有电压放大器,电流放大器,功率放大器。
此外还有单级放大器和多级放大器之分。
就三极管构成的单管放大器而言,
共射级电路具有反相电压放大、电流放大作用。多级放大器里多作为中间级电压放大器使用。
共基极放大器具有同相电压放大作用(电压放大器)。主要用在高频信号放大。
共集电极具有同相电流放大作用(电流放大器)。可以作为多级放大器的输入级,输出级和隔离级使用。
当然,三种放大电路都具有功率放大作用。
专门的功率放大器主要向负载输出大电压和大电流,即高功率的。
在有些实验中,实验的现象我们是能看到的,但是不容易观察。
我们就将产生的效果进行放大再进行研究。 比如音叉的振动很不容易观察,所以我们利用小泡沫球将其现象放大。
观察压力对玻璃瓶的作用效果时我们将玻璃瓶密闭,装水,插上一个小玻璃管,将玻璃瓶的形变引起的液面变化放大成小玻璃管液面的变化。第一种分类方法 七种一、杠杆放大法 杠杆放大法是利用有固定转轴的指针,微小变化作用于指针杠杆的 短臂,而观察点则在长臂的顶端,观察的显著程度取决于长臂与短臂的 比值。
反过来应用可以将力放大二、液面升降放大法 液面升降放大法是通过细玻璃管(或其他材料制成的透明细管)中 的有色液面的上升或下降来反映某种物理量(如体积、温度、热量、压 强等)的微小变化,其显著程度取决于细管直径平面面积与大液面面积的比值大小。例如用椭圆墨 水瓶演示固体的微小形变反过来应用可放大压力 用于千斤顶 气筒等三、光点反射放大法 光点反射放大法是使光的反射角的微小变化,通过反射线投射到远 处光屏上的光点的移位来显示,其变化的显著程度取决于反射镜至光点 投射之间的距离。
这种放大法通常也叫“光杠杆放大法”。例如卡文迪许的扭秤装置中有运用四、点光源投影放大法 点光源投影放大法是通过点光源将物体的影子放大投射到屏幕上, 放大的显著程度与点光源、物体、屏幕三者之间的距离有关。
如皮影戏,手影等五、投影器放大法投影器放大法是将实验装置直接放置在投影器 上,将实验现像投影放大到屏幕上。六、弱电流放大法 在物理实验中常常遇到微弱电流的演示问题,像单根导线切割磁力 线时产生的感生电流,光电效应现象的光电流,水果电池产生的电流等, 它们都极其微弱,为使现象明显常常利用弱电流放大器。
弱电流放大器 有的用分立元件(主要是晶体三极管),组成的多级差分放大电路,有 的直接用集成块放大电路。如音响的功率放大器七、凸透镜、望远镜、,显微镜光学仪器放大第二种分类方法 3种一 机械放大 实例有振动的机械放大,音叉弹性系数大,形变小 乒乓球质量小,摆得远 ;实例还有固体微小形变放大,机械放大是我们物理学中最简单的一种放大方法,它是一种空间放大的方法。
比如我们常用的游标卡尺、螺旋测微器就是应用机械放大的方法。还有像杠杠对力和位移的放大、测量纸张厚度用的累积放大等都是有效应用机械放大的方法。
二 时间放大法:通常利用时间的积累减小时间测量的误差,或利用时间的积累增强实验的效果。如一个冲量概念引入的实验,在墙上挂几个气球,同一个人用长短不同的吸管同样的力气吹牙签,试着击破气球。
同一个人,用长的吸管吹出去的牙签扎破了这个气球,而用短的吸管吹出去的牙签没有扎破气球,这是什么原因呢?因为吸管越长,力对牙签作用的时间就越长,力对时间的累积就越大,牙签受到的冲量越大,增加的动量也大。这个实验取材非常简单,现象有趣,学生的参与热情非常高。
教室里爆发的热烈掌声和欢呼声一定会深深感动你,这样的设计会让学生在快乐中感受到学习的乐趣,冲量的概念就在愉快的体验中建立起来了。通常利用时间的积累减小时间测量的误差,如利用单摆测重力加速度 测量30-50个单摆周期的总时间三 光放大的方法。
我们可以采用实物投影仪、幻灯机、放大镜、显微镜等装置,放大视角形便于观察。另一种方法就是光点反射放大法。
用这一方法可显示桌面微小形变。著名的卡文迪许测量万有引力常量的扭秤实验,也属于低成本实验的经典之作。
这个实验就是利用光点的反射法。
从实验室到工业生产特别是大规模的生产,都要解决一个装置的放大问题。
生产规模扩大和经济效益提高的重要途径是装置的放大,以节省投资,降低消耗,减少占地 , 节约人力。但是 , 在大装置上所能达到的某些指标,通常低于小型试验结果,原因是随着装置的放大,物料的流动、传热、传质等物理过程的因素和条件发生了变化。
这种起源于放大过程的效应,长期以来被笼统地称作“放大效应”,它包含了很多已查明或未查明的物理因素(或称工程因素)的影响。化学工程的一个重要任务就是研究有关工程因素对过程和装置的效应,特别是在放大中的效应,以解决关于过程开发、装置设计和操作的理论和方法等问题。
它以物理学、化学和数学的原理为基础,广泛应用各种实验手段,与化学工艺相配合,去解决工业生产问题。
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