物理实验仪器的基本调节方法与操作规程

以上较详细的介绍了物理实验中常用的实验仪器及其使用方法，本节概述一下物理实验中的基本调节和操作方法，掌握正确的调节和操作方法不仅可将系统误差减小到最低限度，而且对提高实验结果的准确度有直接的影响。 一、物理实验仪器的基本调节方法 1.零位调节

绝大多数测量工具及仪表，如游标卡尺、螺旋测微器、电流表、电压表、万用表等都有零位(零点)。在使用它们之前，必须检查或校正仪器零位。对于一些特殊的仪器或精度要求较高的实验，还必须在每次测量前校正仪器零位。

零位校正的方法一般有两种。一种是测量仪器本身带有零位校正装置，如电表，应使用零位校正装置使仪器在测量前处于零位；另一种仪器本身不能进行零位调整，如端点已经磨损的米尺、钳口已被磨损的游标卡尺，对于这类仪器，则应先记下零点读数，然后对测量数据进行零点修正。

2.水平或铅直调整

有些仪器和实验装置必须在水平或铅直状态下才能正常地进行实验，如天平、气垫导轨、三线摆和一些光学仪器等，因此，在实验中经常遇到要对实验仪器进行水平或铅直调整。这种调整常借助水准仪或悬锤进行。凡是要作水平或铅直调整的仪器，在其底座上大多数设有三个底脚螺丝(或一个固定脚，两个可调脚)，通过调节底脚螺丝，借助于水准仪或悬锤，可将仪器装置调整到水平或铅直状态。

3.消视差调节

在实验中，经常会遇到仪器的读数标线(指针、叉丝)和标尺平面不重合的情况。例如，电表的指针和刻度面总是离开一定的距离，因此，当眼睛在不同位置观察时，读得的指示值有时会有差异，这一现象称为视差。为了获得准确的测量结果，实验时必须消除视差。消除视差的方法有两种。一是使视线垂直标尺平面读数，如1.0级以上的电表表盘上均附有平面镜，当观察到指针与其象重合时，读取指针所指刻度值即为正确的；二是使读数标线与标尺平面密合在同一平面内，如将游标卡尺上的游标尺加工成斜面，便是为了使游标尺的刻线下端与主尺接近处于同一平面，以减小视差。

光学实验中的视差问题较为复杂，除了观测者的读数方法外，主要是由于仪器没有调节好，造成较大的视差。下面分析光学仪器测量时的视差。

在用光学仪器进行非接触式测量时，常使用带有叉丝的望远镜或读数显微镜，其基本光路如图2-42所示。它们的共同点是在目镜焦平面内侧附近装有一个十字叉丝(或带有刻度的分划板)，若待测物体经物镜后成象(A1B1)在叉丝所在的位置处，人眼经目镜观察到叉丝与物体的最后虚象(A2B2)都在明视距离处的同一平面上，这样便无视差。

图2-42 望远镜基本光路示意图

要消除视差，可仔细调节目镜(连同叉丝)与物镜之间的距离，使待测物体经物镜成象在叉丝所在的平面上。一般是一边调节一边稍稍左右、上下移动眼睛，看看待测物体的象与叉丝象之间是否有相对运动，直至二者无相对运动为止。

4.逐次逼近调节

在物理实验中，仪器的调节大多不能一步到位。例如，电桥达到平衡状态、电势差计达到补偿状态、灵敏电流计零点的调节、分光计中望远镜光轴的调节等等，都要经过反复多次地调节才能完成。“逐次逼近调节”是一个能迅速、有效地达到调整要求的调节技巧。

依据一定的判断标准，逐次缩小调整范围，较快地获得所需状态的方法称为逐次逼近调节法。在不同的仪器中判断标准是不同的，如调节天平是观察其指针在标度前来回摆动，左右两边的振幅是否相等；平衡电桥是看检流计的指针是否指零。逐次逼近调节不仅在天平、电桥、电势差计等仪器的平衡调节中用到，而且在光路的共轴调整、分光计的调节中也要用到，它是一种经常使用的调节方法。

5.先定性、后定量原则

在测量某一物理量随另一物理量变化的关系时，为了避免测量的盲目性，应采用“先定性、后定量的原则”进行测量。即在定量测量前，先对实验的全过程进行定性观察，在对实验数据的变化规律有初步了解的基础上，然后进行定量测量。例如，测绘晶体二极管的伏安特性曲线时，对于电流I随电压U变化的情况，可先进行定性观察，然后在分配测量间隔时，采用不等间距测量。在电压增量U相等的两点之间，如果电流I的变化较大时，就应多测几个点。这样采用由不同间隔测得的数据来作图就比较合理。

6.回路接线法

在电磁学实验中，常会遇到按电路图接线的问题。这时，可将一张电路图分解为若干个闭合回路，接线时由回路I的始点(往往为高电势点或低电势点)出发，依次首尾相连，最后仍回到始点，再依次连接回路Ⅱ、回路Ⅲ、…。这种接线方法称为回路接线法。按此法接线和查线，可确保电路连接正确。

7.避免空程误差

由丝杠和螺母构成的传动与读数机构，由于螺母与丝杠之间有螺纹间隙，往往在测量刚开始或刚反向转动时，丝杠须要转过一定角度(可能达几十度)，才能与螺母啮合。结果与丝杠连结在一起的鼓轮已有读数改变，而由螺母带动的机构尚未产生位移，造成虚假读数而产生空程误差。为了避免产生空程误差，使用这类仪器(如螺旋测微器、读数显微镜)时，必须待丝杠与螺母啮合后才能进行测量，且只能向一个方向旋转鼓轮，切忌反转。 二、 电磁学实验基本规则

1.仪器的布局

对电学实验，合理布局仪器是保证顺利进行实验的重要—环。仪器布局得当，可使接线顺手，操作方便，不易出错，出现了错误也容易查出。为了连线方便，一般各仪器应按照电路图中的位置摆放好。但是，为了便于操作，易于观察，保证安全，有的仪器不—定完全按照电路图的位置对应布置。例如，经常要调节或读数的仪器可放在离操作者较近的地方，电源可放在较远的地方，在电源开关前不要放置其他东西，以使电路出现故障时能及时断开电源。仪器总体摆放要整齐。 2.电路的连接

电路连接是电磁学实验的基本功。在充分理解电路图的原理和安排好仪器布局之后，即可开始接线。接线一般先从电源的正极开始(接线时电源开关要断开)，依照电路原理图，按高电位到低电位的顺序连接。如果电路比较复杂，可分成几个回路，连好一个回路再连接另—个回路，切忌乱连。连线时要注意电路中的等位点，不宜在一个接线柱上连接过多的导线，否则，容易造成接触不良或接头脱落等现象。电路连线要整齐，接头要旋紧(但不要旋死)。接完电路后，要首先自己检查一遍，再请教师检查，确保无误方可通电试验。 3.通电试验

通电之前要先把各变阻器调至安全位置，限流器的阻值要调至最大，分压器要调到输出电压最小的位置。当不知道电压或电流的数值范围时，应取电表最大量程。检流计的保护电阻应置最大位置，在可能的情况下应事先预估各表针的正常偏转位置。

接通电源时应手握电源开关，充分利用视觉和嗅觉，注视全部仪器。当发现表针有反向偏转或超出量程，电路打火、冒烟、出现焦臭味或特殊响声等异常现象时，应立即切断电源，重新检查。在排除故障前千万不能再通电。在实验过程中如要改接电路，必须断开电源。 4.断电和整理仪器

实验完后不要忙于拆线路，应先分析数据是否合理，有无漏测或可疑数据，必要时要及时重测或补测。在实验课上须经老师检查，确认实验数据无误后方可拆线。拆线前应首先把分压器和限流器调至安全位置，以减小电压和电流，避免断电时电表剧烈打针。然后切断电源开关，开始拆线。拆线应从电源开始，这样可以防止万一忘记关闭电源时因导线短路而引起烧坏仪器、触电和起火等事故。整理好拆下的导线后，再将仪器和仪表摆放整齐。 5.安全用电

安全用电是实验中必须充分注意的问题。要预防触电就不能直接接触高于安全电压(36V)的带电体，特别不能用双手触及电位不同的带电体。实验使用的电源通常是220V交流电和0-24V的直流电，但有时实验电压可高达1万伏以上。所以，在做电学实验过程中要特别注意人身安全，谨防触电事故发生。实验时应注意以下几点： （1） 接线和拆线必须在断电状态下进行。

（2） 操作时人体不能触及仪器的高压带电部位。 （3） 在带电情况下操作时，凡不必用双手操作就尽可能用单手操作，以减小触电危险。 （4） 在做高压实验时，必须采取—定的保护措施。例如，使操作人员站在胶皮绝缘垫上进行操作，并使机壳接地等。 三、光学实验基本规则

光学仪器的主体是光学元件。光学元件大多是用光学玻璃制成，对其光学性能都有一定要求，而它们的机械性能和化学性能都很差。在光学仪器出厂前，均经过精密调整和校正，如果使用维护不当，很容易损坏和报废。为了维护好光学元件和仪器的正常工作，确保实验顺利进行，光学实验中必须注意以下几点：

1.使用仪器前，必须了解仪器的操作和使用方法，切不可在不了解仪器操作和使用的情况下，随意调整和拆卸光学元件。搬动时要防止光学元件位置移动。

2.轻拿轻放，勿使光学仪器或光学元件受到冲击或振动，特别要防止摔落。

3.不许用手触摸光学元件的光学面。若要用手拿光学元件，只能接触其磨砂面或边缘。 4.光学表面上如有灰尘，应使用专用的干燥脱脂软毛笔将其轻轻掸去，或用橡皮吹球吹掉。若光学表面有轻微污痕或指纹印，应用特制镜头纸或清洁的麂皮轻轻地拂去，不可加压擦拭，更不准用手、手拍、卫生纸和衣角擦拭，不可用嘴吹气。所有镀膜面均不能触碰或擦拭。

5.除实验规定外，不允许任何溶液接触光学表面，不要对着光学元件表面说话，更不能对着它咳嗽、打喷嚏。

6.光学仪器的机械结构一般都比较精密，操作时动作要轻而缓慢，用力要平稳均匀，不得强行扭动，也不能超出其行程范围。若使用不当仪器精密度会大大降低，甚至损坏。

7.实验完毕，不得将光学元件随意乱放，应归还原箱(盒)内，注意防尘、防湿和防腐蚀。