

|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПРИЛОЖЕНИЯ |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приложение 1 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Оформление отчёта по лабораторной работе |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица П1.1 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примерная форма отчёта |
||||||||
1 |
|
Лабораторная |
|
|
|
|
|
Номер работы, название работы |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
работа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Наименования приборов и их метрологические |
||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Приборы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
характеристики (табл. П1.2) |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок электрической или механической схемы с |
||||||||||
|
Схема |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
установки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
обозначениями основных элементов |
|||||||||||||
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обозначения и полные наименования непосредственно |
||||||||||
|
|
Измерить |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
измеряемых величин |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Наименование величин; расчётные формулы, расшифровка |
||||||||||||
|
Вычислить |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
обозначений в формулах |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Освоить методику измерений, определить значения вели- |
|||||||||
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
чин при заданных условиях и проверить закономерности их |
||||||||||||||||||||
|
Цель работы |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
изменения, убедиться в справедливости теории (конкретизи- |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
руется в соответствии с содержанием работы) |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В таблицу включают только те измеряемые и вычисляемые |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
величины, которые могут изменяться в ходе эксперимента, а |
|||||||||||
7 |
|
Таблицы |
|
|
|
|
|
|
|
также те, предполагаемое постоянство которых при измене- |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нии условий опыта нужно подтвердить. Значения неизмен- |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ных величин размещают в отдельной строке или вне таблицы |
|||||||||||
|
|
|
|
Обработка |
|
|
|
|
|
|
Вычисление искомых величин, оценка доверительных |
|
|
|
|
|||||||||||||||
8 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
результатов |
|
|
|
|
|
|
|
|
границ погрешностей, построение диаграмм |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сравнение полученных значений с табличными, |
|
или |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
теоретически рассчитанными, или с измеренными другим |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
методом; распознавание закономерностей в соотношениях |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
измеренных величин, формулировка их взаимосвязи; анализ |
|
|
|
|||||||
|
|
|
Интерпретация |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
диаграмм с целью проверки соответствия графиков изучае- |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
9 |
|
результатов |
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
мому закону; достигнута ли цель работы (см. п. 6); |
объясне- |
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
и выводы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ние отклонений результатов, полученных в эксперименте, от |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тех, что были предсказаны теорией, со ссылками на особенности используемой модели явления, а также методики и техники измерений
Таблица П1.2
Метрологические характеристики приборов
Измерительный прибор
Цена деления
Класс точности
Пределы измерения
122

Приложение 2
Обработка экспериментальных данных
Посредством статистической обработки данных многократных измерений определяется интервал, в котором с некоторой вероятностью (Р < 1) находится значение измеряемой величины. Например, результат, представленный в виде a = (1,530 ± 0,004) м; Р = 0,95, даёт следующую информацию: среднее значение <a> = 1530 м; абсолютная погрешность а = 0,004 м; доверительная вероятность Р = 0,95. Последнее означает, что величина a находится в интервале от 1,526 до 1,534 м с вероятностью 0,95; при повторных измерениях этой величины 95 % значений попадут в указанный интервал.
При косвенном измерении некоторой величины y = f(a, b, c, ...), где величины a, b, c, ... – результаты прямых многократных измерений, алгоритм нахождения доверительного интервала следующий (пп. 1 – 9):
1. Найти средние арифметические значения результатов прямых измерений <a>, <b>, <c> , ... по результатам n отсчётов
a = (a1 +a2 +a3 +.... an)/n |
(П2.1) |
и среднее значение результата косвенного измерения y = f (a , b , c ,...).
2. Вычислить случайные погрешности a , |
b , |
c , ... по формуле |
||||
a = t P ,n |
|
|
|
|
|
|
|
a1 |
2 a22 .... an2 |
, Р = 0,95, |
(П2.2) |
||
|
|
n n−1 |
|
|
|
|
где tP,n – коэффициент Стьюдента, который |
можно найти |
по табл. П2.1 в |
соответствии с выбранной доверительной вероятностью Р и числом n непосредственных измерений величины а.
Разности: |
a1=а−a1 ; |
a2=а−a2 ; ... |
an=а−an |
– |
|||
это абсолютные погрешности отдельных измерений. |
|
|
|
||||
|
|
Коэффициенты Стьюдента |
|
Таблица П2.1 |
|||
|
|
|
|
|
|||
|
|
для доверительной вероятности Р = 0,950 |
|
|
|||
n |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
10 |
∞ |
tP, n |
4,303 |
3,182 |
2,766 |
2,571 |
2,447 |
2,262 |
1,960 |
3. Оценить систематические погрешности θa , θb , θc , … (погрешности средств измерений) по формулам вида
θa = |
K(amax−amin) |
, |
(П2.3) |
|
100 |
||||
|
|
|
где К – класс точности; amax и amin – верхний и нижний пределы измерений данного прибора (табл. П1.2).
Если прибор имеет симметричную шкалу с нулём посредине, то следуя
(П2.1), получаем θa = |
K(2 amax) |
, а в случае amin = 0, |
θ = |
K amax |
. |
|
|
||||
100 |
|
a |
100 |
|
|
|
|
|
123
При измерении прибором с неизвестным классом точности систематическая погрешность принимается равной цене деления
(с вероятностью Р = 0,95).
4. Вычислить абсолютные |
погрешности |
a, |
|
b, |
c, … прямых |
||||
многократных измерений. Абсолютная погрешность |
a |
представляет |
собой |
||||||
геометрическую сумму случайной |
a и систематической θa составляющих |
|
|||||||
a = √ |
|
, |
Р = 0,95. |
|
|
|
(П2.4) |
||
(Δa)2 + (θa)2 |
a |
|
|
||||||
5. Найти относительные погрешности δa, δb, δc,… δa= |
|
. |
|
(П2.5) |
|||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
6.Записать результаты каждого из прямых измерений в виде
a = a ± a ;P = 0,95. |
(П2.6) |
Абсолютную погрешность a округляют до двух значащих цифр, если первая значащая цифра 1 или 2, а когда первая цифра 3, 4, ... 9, то до одной
значащей |
цифры. Среднее |
значение a |
округляют |
так, чтобы |
последние |
||||||||||||||||
цифры в числовых значениях |
|
a |
и |
a находились в одном разряде. |
|||||||||||||||||
Примеры: 1) m = (224,7 ± 1,4)·10-3 кг; Р = 0,95; |
2) ℓ = (43,20 ± 0,03) мм; Р = 0,95. |
||||||||||||||||||||
7. Рассчитать абсолютную погрешность |
y косвенного измерения одним из |
||||||||||||||||||||
двух методов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
7.1. Дифференцирование натурального логарифма |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
функции |
y = f a ,b ,c ,... . |
|
|
|
|
|
||||||||||||
Сначала вычисляется относительная погрешность |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y = |
∂ ln y |
|
|
2 |
|
∂ ln y |
|
2 |
|
∂ ln y |
2 |
, |
||||||||
|
a |
b |
c ... |
||||||||||||||||||
|
∂a |
|
∂ b |
|
|
∂с |
|
||||||||||||||
а затем абсолютная |
|
|
|
|
y = δy y . |
|
|
|
|
|
|
|
(П2.7) |
||||||||
|
7.2. Непосредственное дифференцирование |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
функции |
y = f a ,b ,c ,... |
|
|
|
|
|
||||||||||||
Этим методом непосредственно вычисляется абсолютная погрешность |
|||||||||||||||||||||
|
|
y = √( |
∂ y |
|
2 |
|
∂ y |
2 |
|
∂ y |
|
|
2 |
|
|
||||||
|
|
a) + ( |
b) |
+ ( |
|
c) |
+ ... . |
(П2.8) |
|||||||||||||
|
|
∂ a |
|
∂b |
|
∂c |
|
|
|||||||||||||
В табл. П2,2 приведены результаты применения формул (П2.7, П2.8) к |
|||||||||||||||||||||
некоторым простым функциям. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
8. |
Числовые значения |
|
y |
и |
y выразить в единицах СИ. Приставки, |
обозначающие степени 10 при образовании кратных и дольных единиц, приведены в табл. П2.3.
9. Окончательный результат косвенного измерения представить в виде
y = y ± y , Р = 0,95. |
(П2.9) |
Если некоторые из величин в (7.1 – 7.2) непосредственно не измерялись в данном эксперименте, а их значения взяты из справочных таблиц, то погрешности принимаются равными половине единицы наименьшего разряда числа, представляющего табличное значение.
Примеры: 1) g = 9,81 м/c2, g = 0,005м/c2; 2) π = 3,1415; π = 0,00005.
124

Таблица П2.2
Основные формулы погрешностей при косвенных измерениях
Функция |
Абсолютная погрешность |
||||
|
y = |
|
|
|
|
y=a b c |
a2 b2 c2 |
||||
y = a – b |
y = |
|
|
||
a2 b2 |
Относительная погрешность
δ y = a2 b2 c2 a b c
δy = a2 b2 a−b
y = sin a y = cos a
y = tg a
y = |
a |
a−b |
y = ln a
y=ab
y = am ּbn
y = cos a ∙ a y = sin a ∙ a
y = cos12 a a
y = y2 b a 2 b 2 a2 a
y = a a
y = a 2 a b 2 b b2
y = y m aa 2 n bb 2
δy = ctg a ∙ a δy = tg a ∙ a
y = sin22 a a
|
|
|
|
b |
|
|
|
2 |
|
|
b |
|
|
2 |
|
||
|
=y |
|
|
|
|
a |
|
|
a |
|
|
|
|||||
|
a2 |
|
|
|
|||||||||||||
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
y = |
|
1 |
|
|
a |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
y |
|
a |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
δy = |
|
|
a |
|
2 |
|
b |
|
2 |
|||||||
|
|
|
|
|
a |
|
|
b |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
y = m
|
|
Приставки, обозначающие степени 10 |
|
|
|||
Приставка |
Символ |
Число |
Приставка |
Символ |
Число |
||
фемто |
ф |
f |
10-15 |
деци |
д |
d |
10-1 |
пико |
п |
p |
10-12 |
кило |
к |
k |
103 |
нано |
н |
n |
10-9 |
мега |
М |
M |
106 |
микро |
мк |
μ |
10-6 |
гига |
Г |
G |
109 |
милли |
м |
m |
10-3 |
тера |
Т |
T |
1012 |
санти |
с |
c |
10-2 |
пета |
Р |
Р |
1015 |
125
Учебное издание
Виктор Васильевич Горлач Николай Александрович Иванов Марина Васильевна Пластинина Анна Сергеевна Рубан
Руководство к лабораторным работам:
Колебания и волны
Учебное пособие
Под ред. В.В. Горлача
Иллюстрации, компьютерная вёрстка В.В. Горлач
Редактор Е.В. Садина
* * *
Подписано к печати 20.11.2013 г. Формат 60х90 1/16. Бумага писчая Оперативный способ печати Гарнитура Times New Roman Усл. п.л. 8,2. Уч.-изд. л. 6,3. Заказ _____. Тираж 250 экз. Цена договорная
Отпечатано в подразделении оперативной полиграфии УМУ СибАДИ 644080, Омск, пр. Мира, 5
126