谈物理实验中微小变化的放大方法

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。

图 1 所示是笔者设计的指针式通电螺线管磁性强弱演示仪，1 是刻度指示盘，2 是底端接有大头铁钉的指针，其长短臂之比为 3：1，3 为倾斜放置的螺线管，O 为指针的转轴。通电螺线管对大头铁钉一微小吸引，指针顶端在刻度盘上会有一较大的刻度指示，效果非常显著。在课堂演示中，连最后排学生都能清楚明白地观察到：当螺线管电流增加或线圈匝数增多或插入铁心时，指针尖端相应地明显向右偏转的动态过程。教学实践中多次使用，深受师生欢迎。该实验仪主要优点就是采用了杠杆放大法，同时考虑到了螺线管磁场的特点。

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的大小。例如用椭圆墨水瓶演示固体的微小形变，双手用劲紧捏瓶时，难以观察到它的形变。但是若在瓶中插入一根毛细管，当用手沿短轴方向紧捏时，毛细管中的红色液面会明显上升；当沿长轴方向紧捏时，毛细管中的液面会明显下降。

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”。

图 2 所示是卡文迪许设计的测量万有引力的著名扭秤装置，该实验的关键是要测量出由于 m 受到 m'的吸引石英丝被扭转的角度。但是 m 和m'之间的引力非常微弱，因而石英丝扭转的角度也极为微小，不进行放大无法测量。卡文迪许正是巧妙地运用了光点反射放大法，借助从小平面镜 M 的反射光在刻度尺上移动的距离来求出扭转角，再根据扭转角就可以算出 m 与 m'的引力 F。

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。

如一些通过灵敏电流计来反映弱小电流的演示实验，为使全体学生都能观察到指针的偏转情况，可把灵敏电流计的刻度板拿去，用一只小电珠在电流计指针的反面照亮，让指针的影子投在前面的光屏上，从而达到放大的目的。

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。通常实验装置的底板都用透明的有机玻璃制作。

比如电力线谱的演示，通常将装有石膏晶体的玻璃盘放在投影器上，用韦氏起电机作电源，一面摇动起电机，一面轻敲玻璃盘，形成的电力线族通过放大，能供全体学生观察。

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。

（章剑和文）