Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

В. Н. Иванов, Г. П. Иванова,

О. В. Лях, Е. А. Сидорова

Введение в лабораторный практикум по физике

Учебное пособие

Омск

Издательство ОмГТУ

2009

УДК 53

ББК 22.3

В 24

Рецензенты:

Т. А. Аронова, канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры физики и химии ОмГУПС;

Н. Н. Струнина, канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры экспериментальной физики и радиофизики ОмГУ

В 24 Введение в лабораторный практикум по физике: учеб. пособие / В. Н. Иванов, Г. П. Иванова, О. В. Лях, Е. А. Сидорова. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2009. – 40 с.

Пособие содержит краткое описание методов обработки результатов лабораторных работ по физике, рекомендации по подготовке к выполнению лабораторных работ и их оформлению.

Предназначено для самостоятельной работы студентов всех форм обучения.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Омского государственного технического университета

УДК 53

ББК 22.3

© ГОУ ВПО «Омский государственный

технический университет», 2009

Введение

Физика – в своей основе экспериментальная наука. Выявленные ею объективные законы природы получены чаще всего в результате экспериментальных исследований.

Работа в лабораториях физического практикума является частью процесса изучения как физических законов, так и методов, применяемых в физике.

Целями физического практикума являются:

а) иллюстрация теоретических положений физики;

б) знакомство с измерительными приборами;

в) приобретение опыта проведения экспериментов;

г) выработка навыков, необходимых для учёта различного рода погрешностей и оценки точности полученного результата;

д) развитие умения делать правильные выводы при анализе экспериментальных данных.

Часть 1 математическая обработка результатов измерений

1.1. Измерения. Погрешности измерений

Каждая из лабораторных работ физического практикума ставит своей целью изучение определенного физического явления и связана с измерением той или иной величины, характеризующей данное явление.

Измерением называется нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

По способу получения различают прямые и косвенные измерения.

Прямым называется такое измерение, в котором значение физической величины получают в результате опыта с помощью прибора, проградуированного в соответствующих единицах. Примеры: измерение массы с помощью весов, промежутков времени – секундомером, длины – линейкой или штангенциркулем, тока – амперметром и т.д.

Прямые измерения могут быть однократными (физическая величина измеряется один раз) и многократными (физическая величина измеряется несколько раз в одних и тех же условиях одним и тем же измерительным прибором).

Косвенным называют такое измерение, в котором значение физической величины получают вычислением на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными при прямых измерениях. Примеры: определение плотности материала по измеренным массе и объёму; сопротивления проводника – по измеренным напряжению и току и т.д.

Измерить в реальном эксперименте какую-либо физическую величину абсолютно точно, т.е. получить ее истинное значение, невозможно [1, 2]. На результат измерения могут оказывать влияние различные факторы. Это влияние проявляется как погрешность. Другими словами, измеренное значение величины всегда отличается от истинного.

Aбсолютной погрешностью измерения называется разность между результатом измерения и истинным значением измеряемой величины. Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины.

Наряду с абсолютной погрешностью используется относительная погрешность , равная отношению абсолютной погрешности к результату измерения. Относительная погрешность может быть выражена в процентах, она характеризует точность измерений (чем меньше величина относительной погрешности, тем выше точность измерений).

Задачей любого измерения является не только установление наиболее точного значения измеряемой величины, но и оценка границ возможных погрешностей.

По характеру влияния на результаты измерений погрешности делятся на три типа: систематические погрешности, случайные погрешности и промахи.

Систематическими () называются погрешности, которые при многократных измерениях, проводящихся одним и тем же методом с помощью одних и тех же измерительных приборов, остаются постоянными.

По причинам возникновения систематических погрешностей можно выделить:

а)  погрешности метода измерений, или методические погрешности;

б)  погрешности округления и вычисления;

в)  погрешности, связанные с неточностью изготовления прибора.

Влияние погрешностей, указанных в пунктах "а" и "б", можно значительно уменьшить или даже устранить, например, изменением метода измерений, введением поправок к показаниям прибора, учетом влияния внешних факторов, использованием для расчета более точных аналитических выражений и т.д. Но систематические погрешности, связанные с измерительным прибором, устранить нельзя. Эти погрешности, определяемые точностью прибора, называют приборными.

Случайные погрешности () − это погрешности, которые при многократных измерениях одной и той же величины изменяются непредсказуемым образом, они являются следствием случайных, неконтролируемых помех, влияние которых на процесс измерения невозможно учесть непосредственно. Случайные погрешности могут отклонять результаты измерения от истинного значения в обе стороны. Случайный характер погрешности означает, что при многократных измерениях погрешность любого данного измерения не зависит от того, какое значение погрешности получилось при любом другом измерении. Влияние случайных погрешностей учитывается посредством определённой обработки результатов измерений с помощью математических методов, основанных на выводах теории вероятностей  [1–4].

Промахи возникают в результате небрежности или невнимательности экспериментатора. Их легко выявить и исключить, поскольку соответствующие результаты заметно отличаются от остальных. Но при этом необходимо убедиться, что большое отклонение связано именно с небрежностью, а не с физической сутью явления.