Структура отчета по лабораторной работе и правила его оформления
Отчет является документом, свидетельствующим о выполнении студентом лабораторной работы, и должен включать:
титульный лист с указанием названия работы, фамилии студента, её выполнившего;
цели выполненной лабораторной работы;
основную часть (теорию), окончательные результаты измерений (без промежуточных расчётов и вычислений), наблюдений и расчетов, представленные в форме таблиц, графиков, диаграмм и т.д.;
обсуждение результатов выполнения работы в виде кратких, но принципиально необходимых доказательств, обоснований, разъяснений, анализа, оценок, обобщений и выводов;
приложения (при необходимости).
Анализ ошибок
Для подтверждения физического закона или определения некоторой физической величины, как правило, необходимо проведение экспериментального исследования. Основным содержанием любого физического эксперимента является выполнение каких-либо измерений. Например, показание измерительного прибора (секундомера, вольтметра и т.п.) может быть прямо связано цепочкой анализас изучаемой величиной или законом. Любая неопределенность в этих отсчетах отразится в погрешности окончательного результата.
Измерение само по себе, без количественной оценки этой погрешности, имеет ограниченную ценность. Поэтому любой курс по экспериментальной физике включает обсуждение природы погрешности отдельных измерений и способа, с помощью которого погрешности одного или нескольких измерений связывают с погрешностью исследуемой величины или закона. Такие погрешности часто называютэкспериментальными ошибками.
Типы экспериментальных ошибок
На результаты опыта влияют три основных типа экспериментальных ошибок, которые обычно входят в ошибку измеряемой величины: случайные, систематическиеи так называемыегрубые ошибки, или, иначе,промахи.
Случайные ошибкипредставляют собой положительные и отрицательные флуктуации (отклонения от среднего значения), которые приводят к тому, что около половины результатов оказываются завышенными, а другая половина – заниженными. Источник случайных ошибок не может быть установлен однозначно; возможными источниками случайных ошибок могут быть:
1) ошибки наблюдения– например, ошибки экспериментатора при считывании результата по шкале прибора, когда возникает неопределенность оценки в пределах наименьшего деления;
2) влияние окружения– например, непредсказуемые колебания напряжения питания,температурыили механическая вибрация установки. Случайные ошибки, в отличие от систематических, можно оценить методами математической статистики, а поэтому и влияние случайных ошибок на исследуемую величину или физический закон часто можно определить.
Различие между случайными и систематическими ошибками можно показать на следующем примере. Предположим, что измерение физической величины производится семь раз при одних и тех же условиях. Если имеют место лишь случайные ошибки, то все семь измеренных значений будут разбросаны около «истинного значения» (рис. 1а). Если же, кроме случайных ошибок, имеется и систематическая ошибка, то результаты измерений будут разбросаны относительно не истинного, а смещенного значения (рис. 1б).
Рис. 1.
Систематические ошибкивызваны причинами, которые связаны с особенностями устройства измерительного средства или прибора. Ошибки такого типа либо постоянно завышают результат измерения, либо постоянно его занижают. Существует четыре основных вида систематических ошибок.
1) Приборные ошибки, обусловленные плохой калибровкой измерительного прибора. Например, термометр, показывающий 102° при погружении в кипящую при нормальном давлении воду и 2° - при погружении в тающий снег. Такой термометр будет давать постоянно завышенный результат измерения.
2) Ошибки наблюдения, например, параллакс при считывании показаний по шкале стрелочного измерительного прибора. Эту ошибку можно устранить, применяя зеркальную шкалу.
3) Экзогенные, т.е. ошибки, связанные с окружающей обстановкой (средой). Например, падение напряжения в цепи питания может быть причиной заниженных результатов измерения токов.
4) Теоретические, обусловленные использованием упрощённой модели системы (явления) или приближенными уравнениями, описывающими систему (явления). Например, если в процессе проведения эксперимента действует сила трения, не учитываемая теоретической моделью, то теоретические и экспериментальные результаты будут постоянно отличаться друг от друга.
Экспериментатор, как правило, стремится выяснить и, по возможности, устранить систематические ошибки.
Грубые ошибкиилипромахиобусловлены чаще всего неисправностью средств измерений, неправильным считыванием показаний, резким изменением условий измерений и т.п. Обычно промахи проявляются в виде резких скачков значения измеряемой величины при отсутствии явных причин таких изменений. При обработке результатов измерений промахи отбрасывают, однако делать это следует с некоторой осторожностью. Полезным правилом в этом случае является исключение максимального и минимального значений из полученных результатов измерений.