Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет ”Горный”

Кафедра Общей и технической физики

ФИЗИКА.

МЕХАНИКА

ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

Лабораторный практикум

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

для студентов технологических специальностей

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012

УДК 531/534(075.80)

ББК 22.2+22.36 0288

Физика. Механика поступательного движения. Лабораторный практикум. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов всех специальностей /Национальный минерально-сырьевой университет ”Горный”. Авторы-сост.: Н.Н. Смирнова, В.В. Фицак; СПб, 2012. 61с.

Изложены теоретические основы обработки результатов измерений в физическом эксперименте и лабораторных работ по механике поступательного движения, требования к содержанию и рекомендации к подготовке, выполнению и защите отчетов по лабораторным работам. Приведена методика проведения лабораторных работ и справочные материалы.

Лабораторные работы предназначены для студентов всех специальностей и выполняются индивидуально по графику.

Авторы - составители выражают благодарность профессору А.С. Мустафаеву за ценные замечания и внимание к работе над методическими указаниями, а также сотрудникам кафедры общей и технической физики Г.П. Смирновой и И.В. Николаевой за техническую помощь.

Табл. 17 . Илл. 11. Библиогр.: 16 назв.

Научный редактор доц. Н.Н. Смирнова

Национальный минерально-сырьевой университет ”Горный”, 2012 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 4

ЭКСПЕРИМЕНТ И ИЗМЕРЕНИЯ 5

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ В ФИЗИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ 8

1. Формы и методы обработки результатов измерений 8

2. Аппроксимация экспериментальных данных 9

3. Оценка погрешностей измерений 11

4. Правила представления результатов измерения 18

5. Правила построения графиков 19

6. Содержание отчета 20

РАБОТА 1. ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ПРЯМЫХ И КОСВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ. 21

МЕХАНИКА ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ 29

РАБОТА 2. ИЗУЧЕНИЕ УПРУГОГО И НЕУПРУГОГО СТОЛКНОВЕНИЯ ТЕЛ 29

РАБОТА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ УНИВЕРСАЛЬНОГО МАЯТНИКА 38

РАБОТА 4. ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ ПОЛЕТА ПУЛИ С ПОМОЩЬЮ БАЛЛИСТИЧЕСКОГО МАЯТНИКА 46

ПРИЛОЖЕНИЕ 51

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 54

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. 57

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ УЧЕБНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 60

Введение

Цель проведения лабораторного практикума, как и преподавания дисциплины в целом - обеспечить приобретение знаний и умений по физике в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом (ФГОС) по различным направлениям подготовки специалистов.

В соответствии с требованиями ФГОС к результатам освоения дисциплины лабораторный практикум направлен на формирование общих и профессиональных компетенций заключающихся в способностях:

• организовать свою работу ради достижения поставленных целей;

• применять на практике навыки проведения и описания исследований, в том числе экспериментальных;

• работать самостоятельно;

• использовать инновационные идеи;

• принимать участие в научно-исследовательских разработках по профилю подготовки: систематизировать информацию по теме исследований, принимать участие в экспериментах, обрабатывать полученные данные.

Задачи лабораторного практикума:

• ознакомление с современной научной аппаратурой;

• формирование навыков проведения физического эксперимента;

• формирование навыков умения оценить степень достоверности результатов, полученных в процессе экспериментального исследования;

• овладение методами физического исследования и оценки степени достоверности полученных результатов.

В результате выполнения физического лабораторного практикума студент должен:

уметь пользоваться современной научной аппаратурой для проведения инженерных измерений и научных исследований; уметь использовать основные приемы обработки экспериментальных данных; владеть методами экспериментального исследования в физике, которые включают планирование, постановку и обработку результатов эксперимента (компьютерную, аналитическую, графическую).

Эксперимент и измерения

Эксперимент ‑ (от латинского experimentum – проба, опыт) – это метод познания, при помощи которого в контролируемых и управляемых условиях исследуются явления действительности. Эксперимент можно определить как систему операций и планомерно проведенных наблюдений, направленных на получение информации об объекте.

Число признаков, которые используются для классификации экспериментов, достаточно велико. Эксперименты различаются:

по способу формирования условий (естественные, искусственные);

по целям исследования (преобразующие, констатирующие, контролирующие, поисковые, решающие);

по организации проведения (лабораторные, натурные, полевые, производственные);

по числу варьируемых факторов (однофакторный и многофакторный) и так далее по многим другим признакам.

Для современного горного производства залогом его успешного развития является высокий уровень информационного обеспечения экспериментального характера.

Основным источником измерительной информации, без которой невозможен прогресс в науке и технике, является научная и производственная экспериментальная деятельность.

С основами измерений студенты сталкиваются в течение всего срока обучения при проведении лабораторных работ по различным дисциплинам.

Измерить – сравнить с эталоном, найти отношение к величине того же вида принятой за единицу.

Измерение – нахождение значений физической величины экспериментальным путем с помощью специальных измерительных средств.

Классификация измерений по некоторым классификационным признакам приведена в таблице 1.

Таблица 1. Классификация измерений

Классификационный признак	Наименование измерений
Характеристика точности	равноточные
	неравноточные
Число измерений в серии	однократные
	многократные
Выражение результата измерений	абсолютные
	относительные
Общие приемы получения результатов измерений	прямые
	косвенные
	совокупные
	совместные
Метрологическое назначение	технические
	исследовательские
	метрологические
Характер зависимости измеряемой величины от времени измерения	статические
	динамические

Измерение любой величины не дает абсолютно точного значения этой величины. Каждое измерение всегда содержит некоторую погрешность (ошибку). Задача физического эксперимента состоит не только в получении искомой величины, но и в оценке того, с какой точностью эта величина измерена. Этой цели служит теория погрешности.

Следует отличать характеристику результата измерения от метрологической характеристики средства измерения.

Погрешность результата измерения - отклонение измеренного значения физической величины от её истинного значения.

Погрешность средств измерения – количественное выражение отклонения номинального значения физической величины, воспроизводимой или измеряемой данным средством измерения, от её истинного значения.

В таблице 2 представлена классификация погрешностей измерений и средств измерений по наиболее существенным признакам.

Таблица 2. Классификация погрешностей измерений и средств измерений

Классификационный признак	Погрешности
	измерений	средств измерений
Источники возникновения	Методическая	-
	Инструментальная
	Субъективная
Характер проявления	Систематическая
	Случайная
	Грубая
Способ выражения	Абсолютная
	Относительная
		Приведенная
Условия изменения измеряемой величины	Статическая
	Динамическая
Способ обработки ряда изменений	Средняя арифметическая	-
	Средняя квадратичная
Полнота охвата измерительной задачи при косвенных измерениях	Частная	-
	Полная
Условия применения средств измерения		Основная
		Дополнительная
Зависимость погрешности от значения измеряемой величины		Аддитивная
		Мультипликативная

Оценка погрешностей, допущенных при измерениях, и оценка достоверности полученных результатов выполняется в ходе обработки экспериментальных данных.