3. Выполнение работы
Оборудование: а) весы технические с разновесами; б) штангенциркуль; в) микрометр; г) твердое тело цилиндрической или прямоугольной формы.
1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений.
Таблица
l, мм |
l, мм |
D, мм |
D, мм |
m, г |
m, г |
<>, г/см3 |
, г/см3 |
, % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. Измерьте штангенциркулем длину тела с точностью до 0,1 мм.
3. Измерьте микрометром три раза диаметр тела с точностью до 0,01 мм.
4. Определите взвешиванием массу тела с точностью до 0,01 г.
5. Вычислите среднюю плотность тела по формуле (9).
<> = 4m / ( <D>2 l) (9)
Формула 9 справедлива для тел цилиндрической формы
6. Сравните среднюю плотность материала тел с табличными значениями плотности данного материала (сталь, алюминий, латунь и т. д.).
Табличные значения: ст = (7,7 – 8,0) г/см3, ал = 2,69 г/см3,
латунь= (8,3 – 8,7) г/см3.
4. Обработка результатов эксперимента
В физике основным способом получения информации является измерение, т. е. экспериментальное определение значений различных физических величин.
Любое измерение – это сравнение определенной физической величины, принятой за единицу.
По способу получения результата измерения делят на:
1) прямые – при которых результат получается из опытных данных нескольких измерений одной и той же величины (измерения размеров линейкой, штангенциркулем, микрометром; времени – секундомером, массы – весами; температуры – термометром; силы тока – амперметром и т. п.);
2) косвенные – при которых результат получается на основании опытных данных прямых измерений нескольких различных величин, связанных с измеряемой физической величиной определенной функциональной зависимостью (измерение объема тела через его размеры; плотности — через массу и размеры; момента инерции — через массу и размеры и т. п.).
Выбор метода измерения определяется не только наличием тех или иных приборов, но и соображениями, связанными с требуемой точностью.
Из-за несовершенства измерительных приборов, неполноты наших знаний, трудности устранения второстепенных явлений, несовершенства наших органов чувств в результате измерений неизбежно возникают погрешности, т. е. все измерения можно производить только с известной степенью точности. Поэтому результаты измерений дают не истинное значение измеряемой величины, а приближенное ее значение, содержащее неизвестную погрешность. На базе теории ошибок можно установить предельное значение ошибки, т. е. определить интервал, в котором вероятнее всего находится истинное значение измеряемой величины.
Понятие точности в измерениях тех или иных физических величин — понятие относительное. Умение определить ошибку измерения не менее важно, чем умение проводить лабораторный эксперимент. Учитывая это обстоятельство, следует рассматривать учебную деятельность в лаборатории, как решение двух равноценных задач: определение среднего значения измеряемой величины и определение доверительного интервала, в котором заключено истинное значение измеряемой величины.
Измеренное значение хизм измеряемой физической величины х всегда отличается от ее истинного значения хист. Ошибкой измерения (или точнее, ошибкой, содержащейся в значении хизм) называют разность:
x = xизм - хист. (10)
Признание того факта, что результат лабораторного эксперимента всегда содержит ошибку, ведет к двум правилам:
1. Численное значение полученной из опыта физической величины должно обязательно сопровождаться указанием величины возможной ошибки.
2. Единичные измерения недопустимы. Всякое измерение должно проверяться многократным повторением.
Метод определения среднего значения физической величины зависит от характера величины, физических явлений и законов, которыми они связаны, т. е. является сугубо индивидуальной. Метод расчета может быть единым, но должен учитывать конкретные особенности лабораторных измерений.
Рассмотрим некоторые способы определения ошибок прямых и косвенных измерений, выполняемых в лабораториях по физике.