Введение в лабораторный практикум

В условиях научно-технического прогресса существенно возросли требования к уровню технической грамотности специалистов. Этот процесс коснулся и вопроса о формировании понятий о средствах и методах измерений. В настоящее время не существует науки, не связанной с необходимостью выявлять не только качественные, но и количественные соотношения соответствующих величин. Поэтому цель практикума по физике и биофизике состоит не только в том, чтобы понять физический смысл закономерности явлений и получить навыки обращения с приборами, но и получить результат с возможно большей точностью, дав ему критическую оценку. Практикум предполагает значительную самостоятельную работу студента, как на этапе предварительной подготовки, так и при выполнении работы, ее оформлении и проведении математической обработки результатов.

1. Подготовка к выполнению лабораторной работы

После ознакомления с названием и целью работы необходимо разобраться в теоретических основах изучаемого явления, для чего надо прочитать теоретическую часть методического руководства, а также литературу, рекомендованную к этой работе, и дать письменные ответы на контрольные вопросы в тетради для практических работ. В ходе подготовки необходимо также оформить в тетради или на развернутом листе бумаги в клетку заготовку протокола лабораторной работы по форме:

1. наименование лаб. работы;

2. цель лабораторной работы;

3. перечень оборудования;

4. таблицы для записи результатов;

5. оси координат графиков;

6. формулы для расчета определяемой величины и величины погрешности.

2. Понятия об измерении и погрешностях измерения

Одна из целей практикума – научиться правильно измерять физические величины и грамотно использовать их числовые значения.

Различают два типа измерений:

1. прямые (измеряются прибором непосредственно исследуемые величины),

2. косвенные (искомую величину находят на основании известной зависимости между ней и величинами, подвергаемыми прямым измерениям).

При измерениях возникает необходимость обработки результатов, т.к. провести измерение абсолютно точно невозможно, всякое измерение сопровождается погрешностью, вызванной принципиальной невозможностью устранить все посторонние влияния на процесс измерения. Обозначим результат измерения некоторой величины – X, а ее истинное значение – X_0. Тогда разность:

является абсолютной погрешностью данного измерения.

Для характеристики точности измерения вводят понятие относительной погрешности:

 - величина безразмерная, но может выражаться в процентах:

3. Погрешности прямых измерений

Принято различать 4 вида погрешностей прямых измерений:

1. инструментальные,

2. грубые,

3. систематические,

4. случайные.

1. Инструментальные погрешности возникают вследствие несовершенства самих приборов. Для характеристики точности прибора вводят понятие класса точности прибора (К).

Класс точности численно равен наибольшей относительной погрешности , допускаемой при работе с этим прибором, выраженной в процентах:

К =

где К – класс точности,

- абсолютная погрешность прибора,

Х_max – максимальное значение шкалы прибора.

Все приборы разбиты на 8 классов точности:­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­

К	0.05	0.1	0.2	0.5	1.0	1.5	2.5	4.0
,%	0.05	0.1	0.2	0.5	1.0	1.5	2.5	4.0

Зная класс точности и пределы измерения, можно определить абсолютную погрешность измерения, проводимого этим прибором:

К

Из этой формулы видно, что абсолютная погрешность постоянна для любого измерения, проводимого прибором, зависит от класса точности и шкалы.

Класс точности прибора обычно указывается на лицевой стороне прибора соответствующей цифрой, и в его паспорте. Если же он не указан, то для электроизмерительных приборов их класс точности принято считать равным 4,0. Для всех остальных максимально допускаемая абсолютная погрешность измерения считается равной половине цены наименьшего деления.

2. Грубые погрешности (промахи) могут быть обусловлены невнимательностью наблюдателя или неисправностью аппаратуры. Например, источником промаха может стать небрежная запись цифры 73, впоследствии прочитанная как 13. Изредка возможное, внезапное, резкое и значительное по величине изменение напряжения в электросети также может быть источником грубой ошибки при электроизмерениях. На грубую ошибку обычно указывает большое отличие данного результата от многих повторов, близких по значению или образующих определенную функциональную зависимость. Такой результат необходимо отбросить.

3. Систематические погрешности обусловлены причинами, действующими одинаково при всех повторных измерениях, произведенных без замены приборов и без изменений методики обработки результатов измерений. Причинами систематической ошибки могут быть, например:

• изогнутость стрелки электроизмерительного прибора,

• неравенство делений шкалы,

• пренебрежение рассеянием тепла в окружающей среде,

• пренебрежение изменением сопротивления электрической цепи при изменении в ней, от опыта к опыту, силы тока.

Систематические ошибки могут быть частично уменьшены, если отдельные причины их возникновения будут выявлены и устранены.

4. Случайные погрешности являются следствием таких факторов, которые невозможно предсказать, т. е. являются следствием случайных событий. Устранить случайные погрешности нельзя, но их можно оценить, лучше всего – с использованием теорий вероятности.