Главная страница
Навигация по странице:

  • Выполнение лабораторной работы

  • Измерения

  • не допускаются! Отчёт

  • Порядок действий в лаборатории и Методика измерений

  • ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ 1. Правила действий с приближёнными числами

  • 2. Погрешности измерений Внимание! Данные измерений, т.е. показания приборов – не округляются!

  • Средняя абсолютная погрешность

  • При записи результата измерений

  • Точность измерения

  • 3. Практическая методика статистической обработки результатов измерений

  • Лаб. практикум для заочников. В г. Златоусте Кафедра физики 531(07) Б597 В. И. Биглер, А. Ш. Ильичёва, В. Е. Еремяшев физик а лабораторный практикум


    НазваниеВ г. Златоусте Кафедра физики 531(07) Б597 В. И. Биглер, А. Ш. Ильичёва, В. Е. Еремяшев физик а лабораторный практикум
    АнкорЛаб. практикум для заочников.doc
    Дата05.12.2017
    Размер1.9 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаЛаб. практикум для заочников.doc
    ТипПрактикум
    #11656
    страница1 из 10
      1   2   3   4   5   6   7   8   9   10


    Министерство образования и науки Российской Федерации

    Южно-Уральский государственный университет

    Филиал в г. Златоусте

    Кафедра физики

    531(07)

    Б597

    В.И. Биглер, А.Ш. Ильичёва, В.Е. Еремяшев
    Ф И З И К А
    Лабораторный практикум

    Челябинск

    Издательство ЮУрГУ

    2011

    УДК 531(075.8) + 539.1(075.8)

    Б597

    Одобрено

    учебно-методической комиссией филиала ЮУрГУ в г. Златоусте

    Рецензенты:

    Г.Ф.Путин, В.Ф.Юдаев



    Б597

    Биглер, В.И.

    Физика: лабораторный практикум / В.И. Биглер, А.Ш. Ильичёва, В.Е.Еремяшев – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2013. – …. с.





    Пособие является руководством при выполнении лабораторных работ по курсу общей физики. Содержит описание 12 лабораторных работ по механике, молекулярной физике и термодинамике, электричеству и магнетизму, оптике, физике атома и атомного ядра. Предназначено для студентов-заочников, обучающихся по направлениям 140400, 151900, 230100, 100100, 270800, 151400, степень подготовки 62 – бакалавр.



    УДК 531(075.8) + 539.1(075.8)


     Издательский центр ЮУрГУ, 2013

    ВВЕДЕНИЕ

    Физика — эта одна из наук, цель которых — познание природы. Когда физик сталкивается с каким-либо явлением природы, он старается выделить те особенности явления, которые ему кажутся самыми важными. Затем, обобщая то, что выделил, строит теорию, из которой следуют те или иные выводы. Выводы же проверяются путем эксперимента. Но теоретические выводы относятся к идеализированной или упрощенной ситуации. Чтобы их проверить, нужно создать такую упрощённую ситуацию в сложном, полном хаоса окружающем мире, что не всегда легко сделать. Занимаясь экспериментами, вы узнаете, как трудно бывает проверить теорию, измерить именно то, что хотите, и научитесь преодолевать такие трудности. Но, кроме всего прочего, у вас появится взгляд на физику в целом, на взаимоотношение между теорией и экспериментом, которое составляет главное содержание предмета.
    Общие Рекомендации

    Для успешного освоения курса физики необходимо систематически и последовательно прорабатывать конспект лекций и выполнять домашние задания, то есть решать задачи, и оформлять лабораторные отчёты по выполненным измерениям.

    Выполнение лабораторной работы включает три этапа:

    • получение допуска (проверка знаний по теории, по методике проведения измерений, по обработке данных, полученных при измерениях);

    • выполнение измерений;

    • оформление отчёта по установленной форме (приложение 1)

    Первые два пункта выполняются на лабораторном занятии, а подготовка к допуску и оформление отчёта – в часы самостоятельной работы.

    Измерения проводятся после получения допуска у преподавателя и с разрешения руководителя (лаборанта) в лаборатории. Результаты измерений заносятся чернилами (пастой) в личный черновик с заранее заготовленными таблицами. В заголовке черновика – фамилия студента, номер группы, название лабораторной работы, отметка о допуске и дата выполнения измерений. По окончании измерений черновик нужно предъявить руководителю для получения удостоверяющей подписи. Исправления в подписанном черновике не допускаются!

    Отчёт выполняется на двойном тетрадном листе вручную каждым студентом самостоятельно строго по указаниям в описании лабораторной работы и только по своим измерениям. Все расчёты – в единицах системы СИ. В отчёт вкладывается заверенный черновик (без черновика отчёт не проверяется!). Выполненные (на миллиметровке!) графики прикрепляются к отчёту. Форма и образцы отчётов представлены на планшетах в лабораториях.

    Отчёты с ошибками возвращаются студенту с указаниями места и смысла ошибок. На их исправление в отчёте даётся одна неделя. Принятые отчёты не возвращаются!

    Зачёт получают студенты, выполнившие все лабораторные работы и удовлетворительно написавшие контрольные работы.
    Порядок действий в лаборатории и Методика измерений

    Получив допуск, студент идёт в лабораторию, показывает лаборанту черновик с допуском, получает измерительные приборы и принадлежности, а также напечатанную инструкцию по проведению измерений и осваивается на указанном лаборантом рабочем месте. Чтобы работа в лаборатории была оперативной, точной и успешной, рекомендуем придерживаться следующего порядка действий.

    1. Внимательно прочитать инструкцию, сопоставляя текст и рисунки с реальной лабораторной установкой.

    2. Определить и записать в черновик абсолютные погрешности используемых в лабораторной работе измерительных приборов.

    3. Следуя инструкции, собрать установку (электрическую схему), подготовить её к измерениям, разместив приборы наиболее удобным образом. После проверки лаборантом или преподавателем включить приборы и провести пробные измерения под наблюдением лаборанта.

    4. Получить у руководителя работ конкретные указания на рабочем месте и начать измерения. Измерения следует делать тщательно и самостоятельно, не доверяя эту важную процедуру «помощникам».

    5. Результаты прямых измерений нужно аккуратно и разборчиво записывать в соответствующие таблицы черновика. Записи следует делать чернилами (не карандашом!), избегая исправлений и не округляя показания приборов.

    6. По окончании измерений отключить приборы от напряжения питания и, не разбирая установку, представить свой черновик с результатами измерений преподавателю или лаборанту для подписи, удостоверяющей факт выполнения измерений.

    7. Получив удостоверяющую подпись, разобрать схему, сдать оборудование лаборанту и навести порядок на своём рабочем месте.


    ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

    1. Правила действий с приближёнными числами

    1. Все результаты измерений являются приближёнными числами. Например, при измерении ширины тетради сантиметровой линейкой получилось приблизительно 17 см, а при измерении линейкой с миллиметровыми делениями – 16,7 см. Оба числа – приближённые, т.е. указывающие ширину тетради с определённой точностью, которая задаётся измерительным прибором.

    2. Точность приближённого числа определяется числом значащих цифр, выражающих это число.

    3. Значащими считаются все цифры числа, кроме нулей, стоящих впереди первой цифры, не равной нулю (т.е. слева от неё), а также нулей, определяющих порядок числа.

    Примеры:

    Одна значащая цифра

    Две значащие цифры

    Три значащие цифры

    4

    0,0004 = 4×10–4

    4000 = 4∙103

    43

    0, 043 = 43∙10–3

    4300 = 4,3×103

    10,5

    0,00105 = 1,05×10–3

    105 000 = 1,05×105

    Внимание! Не надо путать число значащих цифр с числом знаков после запятой – это глубоко укоренившееся заблуждение!

    1. Результат любого арифметического действия с приближёнными числами нужно округлить до той точности (того же числа значащих цифр), какую имели исходные числа. В промежуточных вычислениях допускается одна запасная цифра. Правила округления – общепринятые.

    Примеры: 23:14 = 1,6; 23:14×5,87 = 1,64×5,87 = 9,6(3); = 30,6 (а калькулятор показывает = 30,59411708…).
    2. Погрешности измерений

    Внимание! Данные измерений, т.е. показания приборов – не округляются!

    1. Любые измерения имеют погрешности. Абсолютно точных измерений не бывает! Погрешности определяют по-разному в зависимости от вида измерения.

    2. Виды измерений:

      • прямые – результат считывают по шкале прибора (линейки, секундомера, вольтметра, пирометра и др.);

      • косвенные – результат определяется расчётом (объём параллелепипеда по длине сторон; мощность по силе тока и напряжению; скорость по пути и времени; плотность по массе и объёму и др.);

      • однократные;

      • многократные.

    1. Виды погрешностей:

      • приборные – погрешность равна цене деления прибора;

      • случайные – при многократных измерениях одной и той же величины точным прибором;

      • систематические – измерения неисправным прибором (секундомер спешит или отстаёт, сдвинут нуль шкалы и др.).

    1. Результат измерений величины Х представляют в виде:

    X = Xи  Х,

    (1)

    где Xи – показания прибора (при прямых измерениях), или результат расчёта (при косвенных измерениях), или среднее значение (при многократных измерениях); Х – абсолютная погрешность измерения.

    Такая запись означает, что истинное значение измеренной величины лежит в интервале от (Xи – Х) до (Xи + Х).

    1. Случайные погрешности определяют методами математической статистики, в которой предполагается, что наиболее близким к истинному значению измеряемой величины Х является среднее арифметическоеХ от результатов измерений этой величины. Среднее арифметическое вычисляется по общим правилам – сумма всех измеренных значений делится на количество измерений:

    ,

    (2)

    где N – число измерений; i – номер измерения; Хi – значение, полученное при измерении с номером i.

    1. Абсолютная погрешность DХiконкретного (i-го) измерения определяется как разность между средним и конкретным значениями:

    DХi= Х – Хi ,

    (3)

    то есть является отклонением от среднего значения. Как видно из определения, DХi может быть и положительной, и отрицательной величиной.

    1. Средняя абсолютная погрешность Х определяется как среднее арифметическое отклонений (3), взятых по модулю (т. е. без учёта знака!):

    .

    (4)

    При записи результата измерений Хокругляется до одной значащей цифры (или до двух цифр, если первая значащая цифра – единица).

    1. Результат измерений со случайными погрешностями представляют в виде

    X = Х ± DХ.

    (5)

    Такая запись означает, что истинное значение измеренной величины лежит в интервале от (Х – DХ) до (Х + DХ). При записи результата измерений среднее значение Х округляют так, чтобы последняя значащая цифра в этом числе имела тот же разряд, что и DХ.

    Например, при расчётах среднее значение величины Х получилось равным 2,326, а средняя абсолютная погрешность при расчётах с тремя значащими цифрами оказалась равной 0,0377. Тогда, в соответствии с правилами, результат следует записать в следующем виде:

    X = 2,33 ± 0,04.

    Если при том же Х средняя абсолютная погрешность будет меньше, например, DХ = 0,0148, то результат измерений нужно записать так:

    X = 2,326 ± 0,015.

    1. Точность измерения характеризуется относительной погрешностью , и выражается обычно в процентах:

    .

    (6)

    После вычисления значение  нужно обязательно округлить до одной-двух значащих цифр. Например, 1,473 % надо округлить до 1,5 %, а 3,7 % – до 4 %. Для приведённых в п. 8 примеров расчёт относительных погрешностей даёт:

    . .

    Полезно знать, что число, записанное с одной значащей цифрой, имеет относительную погрешность около 10 %; с двумя значащими цифрами – около 1 %; с тремя значащими цифрами – около 0,1 %.
    3. Практическая методика статистической обработки результатов измерений

    С целью унификации записей обработка данных производится в форме, представленной в табл. 1.

    Таблица 1



    п/п

    Данные измерений

    Xi, …*

    Отклонение от среднего Xi, …



    +

    1










    2











































    Среднее значение: Х = …

    Сумма «–»

    Сумма «+»

    Средняя абсолютная погрешность: DХ = … …

    Результат измерений: Х = (Х DХ) …

    Относительная погрешность:  = (DХ/Х) 100 %

    Примечание. … – единица измерения.

    Для заполнения таблицы нужно произвести следующие действия.

    1. Записать в табл. 1 данные, полученные Вами при выполнении измерений или расчётов.

    2. Найти среднее значение измеренной величины по формуле (2), записать в соответствующую ячейку таблицы с запасной значащей цифрой.

    3. Вычислить отклонения от среднего (формула (3)). Отрицательные отклонения записать в столбик под знаком «–», положительные – под знаком «+».

    4. Вычислить сумму положительных и отрицательных отклонений. При правильно найденном среднем значении эти суммы должны быть одинаковыми. (Из-за округления среднего значения могут быть незначительные расхождения между суммами.)

    5. Найти среднюю абсолютную погрешность, сложив суммы положительных и отрицательных отклонений и поделив на число измерений (а не на 2!).

    6. Записать результат измерений (см. формулу (1)) в виде

    X = Х ± DХ) [ед. измерения],

    (7)

    округлив DХ до одной значащей цифры (допускается до двух значащих цифр, если первая значащая 1 или 2). Среднее значение Х также нужно округлить до того разряда, на котором заканчивается средняя абсолютная погрешность (см. примеры в п. 8 предыдущего параграфа).

    1. Найти относительную погрешность измерений по формуле (6), округлить до 1–2 значащих цифр и записать в последнюю строку таблицы.

    В качестве примера ниже приведена таблица обработки результатов измерения штангенциркулем (приборная погрешность 0,1 мм) некоторого размера L.
    Таблица 2



    п/п

    Li, мм

    (Lli), мм



    +

    1

    89,3



    0,02

    2

    89,7

    0,42



    3

    88,6



    0,48

    4

    88,8



    0,28

    5

    89,5

    0,22



    6

    89,4

    0,12



    l = 89,32 мм

    0,76

    0,78

    Среднее значение абсолютной погрешности

    мм

    Результат измерений

    L =(89,3 ± 0,3) мм

    Относительная

    погрешность



    Обратите внимание! Значения Li записаны в таблице с той точностью, которую даёт прибор – все числа с тремя значащими цифрами. Среднее значение этой величины записано с запасной цифрой. Результат же измерений записан без этой запасной цифры. Абсолютная погрешность округлена до одной значащей цифры, разряд которой – десятые доли миллиметра, поэтому и среднее значение округлено до десятых.
      1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
    написать администратору сайта