Федеральное агентство по образованию

Поморский государственный университет имени М.В.Ломоносова

Кафедра общей физики

Лабораторный практикум

по молекулярной физике

Часть I

Архангельск

САФУ 2011

Методические рекомендации для студентов 1-го курса физического факультета ПГУ.

П о с в я щ а ю т с я

сыну и отцу физико-математического факультета

Дубровину

Павлу Васильевичу

(27 августа 1912 – 30 июля 1975)

Автор-составитель и редактор методических рекомендаций:

доцент кафедры общей физики Колпачников Г.Н.

Кафедра общей физики ПГУ имени М.В. Ломоносова.

Лаборатория механики и молекулярной физики.

Г руппа __________ Фамилия И.О. студента ______________

Содержание.

Стр.

Измерения, их погрешности и обработка результатов измерений. 4

Лабораторный практикум:

1. Определение удельной теплоты плавления льда

калориметрическим методом. 17

2. Определение универсальной газовой постоянной: R. 26

3. Определение отношения изобарической и изотермической теплоемкостей воздуха методом Клемана и Дезорма: С_р/С_V. 40

4. Определение коэффициента внутреннего трения воздуха. 52

Автор-составитель искренне благодарен тем, кто принимал участие в постановке и модернизации работ практикума, в подготовке настоящих методических рекомендаций: Лазаревой О.В., Абикулову И.В., Тюкину Д.А., Михайлову И.Н., Орлову А.В. и др.

Измерения, их погрешности и обработка результатов измерений.

Измерение – это совокупность действий, выполненных экспериментатором с помощью средств измерительной практики в единицах принятой меры с целью получения числового значения характеристики, используемой для количественного описания объема познания предмета или явления.

Различают прямые инструментальные измерения (например: длины с помощью проградуированной линейки; времени по часам или секундомеру; массы путем сравнения с массой гирь на рычажных весах; температуры по проградуированному термометру; разности потенциалов (напряжений) с помощью вольтметра; освещенности – люксметром и др.) и косвенные измерения, основанные на ранее установленных наукой зависимостях между искомыми и непосредственно измеренными характеристиками. Аналитическая связь между прямыми и косвенно измеряемыми величинами должна быть явно выраженной (т.е. через непосредственно измеренные характеристики) и может содержать коэффициенты, соответствующие определенной системе единиц (СИ, СГС).

Всякое измерение неизбежно связано с погрешностями. В зависимости от источника возможных ошибок измерения их классифицируют на три группы: промахи, систематические и случайные погрешности.

Промахи. Они обусловлены неправильными действиями экспериментатора:

- использование неисправного измерительного инструмента или незнание правил работы с ними;

- ошибочное считывание показаний с измерительного прибора и др.

Устраняют промахи:

• путем хорошей подготовки к проведению исследования;

• проводят пробный эксперимент;

• существенно отличающиеся от основного массива чисел результаты (завышенные и заниженные) не учитывают (выбрасывают).

Систематические погрешности вызваны несоответствием выбранной модели эксперимента реальным условиям его проведения.

Примеры:

- колеблющийся объект принимают за математический маятник. В реальных условиях дело имеем с физическим маятником, на который действуют силы трения, а угол отклонения таков, что в пределах необходимой точности sin  не всегда можно считать равным , выраженному в радианах;

- на взвешиваемые тела и гири действуют силы Архимеда, которые различны, если плотность гирь и взвешиваемого тела разные;

- при термодинамическом анализе процессов, происходящих в системах, довольно часто пользуются адиабатическим приближением. В реальных условиях всегда имеет место теплообмен с окружающей средой (абсолютная теплоизоляция невозможна).

Каждая из систематических погрешностей обуславливает отклонение полученного результата в определенную (одну) сторону. Разные по природе погрешности могут вызвать различные по знаку отклонения. В итоге такая ситуация может привести к результату довольно близкому к истинному, но знать и анализировать систематические погрешности и в этом случае актуально.

Как избавиться от систематических погрешностей:

- использовать наиболее совершенные модели эксперимента;

- с учетом необходимой точности учитывать известные науке закономерности с целью устранения этих погрешностей;

- искать и использовать в реальной практике пробный эксперимент для оценки влияния этого рода ошибок (к примеру, при оценке влияния теплообмена на правомерность использования адиабатического приближения).

Случайные погрешности. Причина этих погрешностей в несовершенстве органов чувств человека (зрение, слух) и других обстоятельствах, сопровождающих измерения (воздушные потоки; изменение температурного режима в процессе измерений; запоздалая или опережающая реакция экспериментатора на включение и выключение измерительных приборов и др.) Случайные погрешности, учитывающие и приборную точность, оценивают, используя методы математической статистики.