Эл и Маг лаб раб / Правила оформления

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию.

Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования.

«РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по подготовке, выполнению и оформлению лабораторных работ в физическом практикуме по курсу общей физики.

г. Ростов-на-Дону

2006.

Кафедра общей физики

Методические указания составили:

кандидат физико-математических наук, доцент А.С. Богатин

старший преподаватель Р.Я. Евсеева

кандидат физико-математических наук, доцент Кузнецов В.Г.

кандидат физико-математических наук, доцент Мануйлов М.Б.

Ответственный редактор - доцент Л.М. Монастырский

Печатается в соответствии с решением кафедры общей физики физиче­ского факультета РГУ, протокол № 19 от 30 мая 2006 г.

КРАТКИЕ ПРАВИЛА РАБОТЫ

В ЛАБОРАТОРИЯХ ФИЗИЧЕСКОГО ПРАКТИКУМА

1. При входе в лабораторию студент обязан оставить на специально отведенных столах сумки, портфели и другие вещи. С собой к месту работы разрешается взять тетради, учебники, калькулятор, ручку и т.п. .

2. Студент выполняет только ту лабораторную работу, которую ему задал препо­даватель.

3. В процессе выполнения работы рабочие записи делаются в специальной рабо­чей тетради, которая постоянно хранится у студента. Без такой тетради студент не допускается к выполнению и защите лабораторной работы.

4. Отчет по лабораторной работе оформляется по требованиям, изложенным в настоящих методических указаниях. Графики выполняются только на милли­метровой бумаге или компьютерным способом и вклеиваются в тетрадь.

5. Лабораторная работа сдается только при наличии полностью и правильно оформленного отчета. Подтверждением сдачи является подпись преподавателя на соответствующем отчете с указанием оценки и даты защиты.

6. Зачет по итогам семестра выставляется студенту после сдачи отчета по послед­ней выполненной им работе при наличии подписанных преподавателем отчетов по всем остальным выполненным в текущем семестре работам. При этом все полученные в семестре графики к лабораторным работам должны в момент по­лучения зачета находиться на своих местах.

7. Во, время пребывания в лаборатории студент должен соблюдать порядок, вы­полнять требования техники безопасности. Разговоры между студентами долж­ны вестись тихо и только по вопросам, относящимся к выполнению лаборатор­ных работ. Покидать лабораторию в рабочее время студент имеет право только по разрешению преподавателя после обесточивания установки, на которой сту­дент работает.

Лабораторные работы физического практикума кафедры общей физики РГУ выполняются студентами физического факультета, мехмата, факультета высоких технологий, химфака, геофака, биолого-почвенного факультета и по тематике ох­ватывают все разделы курса общей физики, в т.ч. и работы по физике твердого тела и ядерной физике.

Главной целью является предоставление студентам возможности изучить на опыте важнейшие физические явления, а также научить их обращаться с раз­нообразными приборами - осциллографами, звуковыми генераторами, универ­сальными мостами, электронными приборами, лазерами, интерферометрами, спектрографами, приборами для регистрации радиоактивных излучений и др.

При изучении курса общей физики невозможно проведение занятий фрон­тальным методом, поэтому неизбежно опережение лабораторных занятий по сравнению с теоретическим курсом. В связи с этим в практикуме имеются описа­ния лабораторных работ, в которых помещен достаточный теоретический матери­ал, содержащий описание физических явлений и выводы основных соотношений, необходимых для постановки эксперимента. Математические выкладки даются подробно, чтобы студенты могли сосредоточить свое внимание на методе и фак­тическом смысле предмета.

В каждой лаборатории практикума приводится список рекомендуемой ли­тературы для более глубокого изучения теории и метода изучаемого физического явления. Ниже приводятся требования, которые должны неукоснительно выпол­нять все студенты при работе в практикуме:

1. Каждый студент, прослушав инструктаж по технике безопасности, должен расписаться в соответствующем журнале.

2. Получив задание у преподавателя и методические указания у лаборанта, сту­дент должен в своей рабочей тетради сделать предварительные записи, необ­ходимые для выполнения работы (подробнее см. ниже).

3. Ознакомившись с установкой и получив разрешение преподавателя или лабо­ранта, студент приступает к выполнению работы.

4. Все измерения записываются в рабочую тетрадь, которая сохраняется студен­том вплоть до получения зачета.

5. При выполнении работы необходимо заполнение таблиц, в которые вносятся показания приборов. Обязательна фиксация режима работы прибора и указание цены деления.

6. По окончании измерений результаты необходимо представить преподавателю, который фиксирует выполнение работы.

7. Обработка результатов измерений производится индивидуально в лаборатории или дома и должна быть представлена преподавателю к следующему занятию, на котором производится также теоретическое обоснование метода и основных формул, используемых при расчете. Студент должен ответить на контрольные вопросы, представленные в методических указаниях, для чего необходимо изу­чить необходимые параграфы в учебнике.

8. Допускается иметь не более двух неоформленных и незащищенных работ.

9. Если в работе предусмотрено графическое представление результатов, графики рекомендуется строить на миллиметровой бумаге, откладывая аргумент по оси X, а функцию - по оси Y (рисунок 1).

На осях графика откладывается равномерный масштаб, за исключением случа­ев, когда строится зависимость вида - в логарифмическом масштабе.

Экспериментальные точки откладываются на плоскости XOY, а не на осях!

10.Если результатом опыта является определение какой-либо физической вели­чины из прямых измерений, то находят среднее значение этой величины и вычисляют абсолютную и относительную погрешности.

Рисунок 1 - Образец построения графиков.

Так, если произведены п прямых измерений величины х , т.е. имеются значения х_х, х₂,..., х_п, то находят среднее арифметическое значение этой величины:

Затем находят отклонение от среднего значения:

(2)

. . . . .

Величина Δх, представляет собой абсолютную погрешность i-го измерения, а средняя арифметическая погрешность равна

Результат измерения величины х представляется в виде

с указанием размерности величин х и Δх.

В некоторых случаях оценки средней арифметической ошибки измерений недостаточно. Пользуясь методами теории вероятностей, помимо средней находят среднюю квадратичную и наиболее вероятную ошибки.

Средняя квадратичная погрешность определяется формулой

где п - количество измерений, t - коэффициент Стьюдента, зависящий от n и за­даваемого коэффициента надежности α. В каждой лаборатории имеется таблица коэффициентов Стьюдента. В этом случае окончательный результат представля­ется в виде

Необходимо в отчете представить и относительную погрешность, которая опре­деляется формулой

или

(7)

В большинстве измерений искомая физическая величина находится косвен­ным методом, т.е. она связана некоторой функциональной зависимостью с други­ми величинами, которые измеряются прямыми методами. В этом случае опреде­ляется максимальная систематическая погрешность метода измерений. Для нахо­ждения ошибки косвенных измерений необходимо знать, что

1. Абсолютная погрешность суммы равна сумме абсолютных погрешностей слагаемых. .

2. Абсолютная погрешность разности равна сумме абсолютных погрешностей уменьшаемого и вычитаемого.

3. Абсолютная погрешность произведения двух сомножителей равна сумме произведений первого сомножителя на абсолютную погрешность второго и вто­рого сомножителя на абсолютную погрешность первого.

4. Абсолютная погрешность дроби равна сумме произведений знаменателя на абсолютную погрешность числителя и числителя на абсолютную погрешность знаменателя, деленной на квадрат знаменателя..

Эти положения следуют из того, что средние абсолютные ошибки можно находить по правилам дифференцирования, заменив знак дифференциала d зна­ком Δ и выбирая знаки таким образом, чтобы абсолютная величина ошибки была максимальной.

Указанный вывод вытекает из разложения функции в ряд Тейлора

Ограничиваясь первыми двумя членами, получим

откуда

Для нахождения относительной погрешности

можно воспользоваться тем, что

или

Поэтому относительную ошибку косвенных измерений можно найти путем логарифмирования исходного выражения и последующего дифференцирования с заменой значка дифференциала d значком ошибки Л и выбора знаков таким обра­зом, чтобы абсолютная величина относительной ошибки была максимальной.

Порядок оформления отчета по лабораторной работе:

1. Указать номер и название работы.

2. Сформулировать цель работы.

3. Конспективно изложить теорию метода с записью проверяемых физиче­ских фактов.

4. Необходимо выделить рабочие формулы, по которым производится рас­чет искомых физических величин.

4

5. Привести схему рабочей установки.

6. В отчете приводятся таблицы измерений, куда вносятся результаты опы­та.

7. Расчеты искомых физических величин записываются так, чтобы их мож­но было проверить.

8. Провести расчеты ошибок.

9. При выполнении вычислений необходимо руководствоваться практиче­ски необходимой точностью. В случае приближенных вычислений отли­чают запись 14.7 от 14.700. Запись 14.7 означает, что верны цифры лишь целых и десятых долей, т.е. истинное значение может быть и 14.68 и 14.72. Запись 14.700 означает, что верны также сотые и тысячные доли, т.е. истинное число может быть и 14.6996 и 14.7002. Цифры, располо­женные справа от десятичной точки, называются десятичными. Знача­щими цифрами называются все верные цифры, кроме нулей, стоящих впереди числа. Например, в числе 0.0607 три значащие цифры. Первые два нуля слева значащими цифрами не являются.

10.Необходимо правильно округлить полученные значения физических ве­личин. При этом количество значащих цифр должно быть на одну боль­ше, чем первая значащая цифра абсолютной ошибки (см. подробнее в кн.: Кортнев А.В. и др. Практикум по физике. - М.: Высшая школа, 1961).

11. Окончательный результат должен быть представлен по образцу формул (4), (6), (7).

12.По результатам защиты каждой выполненной работы каждому студенту выставляется оценка с учетом качества оформления, точности получен­ного результата и продемонстрированных теоретических знаний. На ос­новании полученных оценок по всем выполненным и защищенным рабо­там студенту выставляется зачет с оценкой.