中學(xué)物理實驗中，許多實驗設(shè)計構(gòu)思十分巧妙，其中一些實驗方法在物理理論的建立和發(fā)展中具有重要的意義，其間凝聚著科學(xué)家的智慧和創(chuàng)造，如在現(xiàn)象變化、待測量很微小的情況下，可采用放大的方法。放大的方法很多，放大的對象各不相同，以下介紹幾種在實驗中經(jīng)常使用的放大方法。

1 機械放大

機械放大主要是將微小尺度的變化轉(zhuǎn)換為較大尺度的變化，如螺旋測微器和游標(biāo)卡尺。螺旋測微器是將其固定刻度（主尺）上一個螺距（0.5mm）的微小長度的變化轉(zhuǎn)換為可動刻度（游標(biāo)尺）的一周的轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)一周固定刻度前進(jìn)或后退0.5mm，這樣就將0.5mm的微小長度轉(zhuǎn)變成了可動刻度的周長。通過這種運動方式的變化實現(xiàn)放大的目的。游標(biāo)卡尺則是利用主尺和游標(biāo)尺最小分度的差，將游標(biāo)尺的微小移動轉(zhuǎn)換為游標(biāo)尺和主尺在較大尺度上的比較進(jìn)行放大，從而達(dá)到放大的目的。另外，許多電表如電流表、電壓表則是通過一根較長指針的轉(zhuǎn)動把通電后線圈的偏轉(zhuǎn)角度顯示出來。

2 光放大 

光放大是通過光的反射、折射、疊加等原理將微小量放大為可測量。

放大鏡、顯微鏡、幻燈機等就是利用光學(xué)元件對觀察對象的空間尺度所做的放大。顯微鏡與放大鏡作用原理相同，就是把近處的微小物體成一放大的像，以供人眼觀察，只是顯微鏡比放大鏡具有更高的放大率而已。 幻燈機則是利用了光的直線傳播和光學(xué)器件的作用進(jìn)行放大的。

微小形變的演示、卡文迪許實驗和拉伸法測定金屬絲的楊氏模量時，都用到了光的反射進(jìn)行放大即光杠桿法。光杠桿法可以實現(xiàn)非接觸式的放大測量，且直觀、簡便、精度高，所以常被采用。

在講彈力的微小形變時，我們是這樣做的，如圖2所示，入射光的位置不變，光線經(jīng)M、N兩平面鏡兩次反射，射到一個刻度尺上，形成一亮點。用力壓桌面，發(fā)現(xiàn)激光束照在刻度尺上的刻度向下移動了，說明桌面發(fā)生了形變。光杠桿很容易實現(xiàn)了微小形變的放大。

卡文迪許用兩個質(zhì)量一樣大的鐵球（m）分別放在扭秤的兩端，扭秤中間用一根韌性很好的鋼絲系在支架上，鋼絲上有個小鏡子，用激光照射鏡子，激光反射到一個很遠(yuǎn)的地方，標(biāo)記下此時激光所照射的位置。 然后用兩個質(zhì)量一樣的鐵球（m′）同時分別吸引扭秤上的兩個鐵球，如圖3所示，由于萬有引力作用，扭秤微微偏轉(zhuǎn)，但激光所反射的遠(yuǎn)點卻移動了較大的距離，他用此方法計算出了萬有引力公式中的常數(shù)G。 此實驗的巧妙之處在于將微弱的力的作用進(jìn)行了放大。

在利用拉伸法測定楊氏模量時我們也用到了光杠桿（圖4），光杠桿系統(tǒng)由光杠桿鏡架與尺讀望遠(yuǎn)鏡組成。光杠桿結(jié)構(gòu)如圖4（b）所示，它是一個附有三個尖足的平面鏡。三個尖足的邊線為一等腰三角形，前兩足刀口與平面鏡在同一平面內(nèi)（平面鏡俯仰方位可調(diào)），后足在前兩足刀口的中垂線上。尺讀望遠(yuǎn)鏡由一把豎立的毫米刻度尺和在尺旁的一個望遠(yuǎn)鏡組成。將光杠桿和望遠(yuǎn)鏡按圖4所示放置好，按儀器調(diào)節(jié)順序調(diào)好全部裝置后，就會在望遠(yuǎn)鏡中看到經(jīng)由光杠桿平面鏡反射的標(biāo)尺像。設(shè)開始時，光杠桿的平面鏡豎直，即鏡面法線在水平位置，在望遠(yuǎn)鏡中恰能看到望遠(yuǎn)鏡處標(biāo)尺刻度S1的像。當(dāng)掛上重物使細(xì)鋼絲受力伸長后，光杠桿的后腳尖f1隨之繞前兩足腳尖f2f3下降ΔL，光杠桿平面鏡轉(zhuǎn)過一較小角度θ，法線也轉(zhuǎn)過同一角度θ。根據(jù)反射定律，從S1處發(fā)出的光經(jīng)過平面鏡反射到S2（S2為標(biāo)尺某一刻度），根據(jù)光路可逆性原理，從S2發(fā)出的光經(jīng)平面鏡反射后將進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡中被觀察到。鋼絲的微小形變通過光杠桿放大成為可測量。

3 累積放大 

累積放大對微小量的測量，可采用累計后求平均的方法以減少相對誤差，這是一種間接性的放大。如薄紙的厚度可測多張紙的厚度取平均值而求得；細(xì)金屬絲的直徑，在沒有螺旋測微器和游標(biāo)卡尺時，我們可以將細(xì)金屬絲繞一圓柱棒上多圈后測出長度，從而取平均值測出；單擺的周期很短，可以通過測出幾十次擺動的時間，求平均值而得到等等。

油膜法測分子直徑也是累積放大對微小量的測量。把一滴油滴到水面上，油在水面上充分散開形成單層分子油膜，通常把分子看成是球形，這樣油膜的厚度就等于油分子的直徑d，而油分子又是一個挨一個地排列的，實驗時測出油滴的體積V，再測出油膜的面積S，就可估算出油分子的直徑d=V/S。

常見的放大還有杠桿放大和電放大等，比較簡單，在此就不再累述。

學(xué)生對中學(xué)物理實驗方法的認(rèn)識和掌握情況，直接影響著學(xué)生的實驗設(shè)計能力和實驗創(chuàng)新能力，因此加強對學(xué)生實驗方法的認(rèn)識和指導(dǎo)是非常重要的。

(欄目編輯王柏廬)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。