РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Физический факультет

Кафедра радиофизики

Физический практикум

Учебно-методические рекомендации

для студентов физического факультета

Издательство Тюменского государственного университета, 1999

Работа утверждена на заседании кафедры радиофизики

Печатается по решению учебно-методического Совета университета

Методические указания предназначены для студентов II - IV курсов физического факультета, выполняющих лабораторные работы практикумов по общей физике. Они содержат рекомендации по обработке и оформлению результатов физических измерений. Настоящие методические указания составлены с учётом рекомендаций международных комиссий по естественно-физическому образованию на основе приборных возможностей физического практикума Тюменского Госуниверситета.

Составители:

кандидат физико-математических наук, доцент Б.А. Безуглый

кандидат физико-математических наук, доцент С.Г. Монтанари

Ответственный за выпуск:

Заведующий кафедрой радиофизики, кандидат физико-математических наук, доцент В.А. Михеев

 Тюменский государственный университет, 1999

содержание

1. Назначение физической лаборатории 4

2. Лабораторный журнал 4

3. Анализ ошибок 6

3.1. Типы экспериментальных ошибок 7

3.2. Статистический анализ случайных ошибок 10

3.3. Нормальное или Гауссово распределение 12

3.4. Оценка приборной погрешности 16

4. Обработка и оформление результатов измерений 17

4.1. Обработка результатов прямых измерений 18

4.2. Обработка результатов косвенных измерений 18

Подготовка исходных данных. 19

Правила расчета погрешностей косвенных измерений. 20

5. Учет значащих цифр при вычислениях 21

6. Построение графиков 22

6.1. Отражение доверительных интервалов на графиках. 22

6.2. Понятие о методе наименьших квадратов 24

7. Использование программы Microsoft Excel для обработки экспериментальных данных. 26

8. Литература 27

9. Дополнительная Литература 27

1. Назначение физической лаборатории

В лаборатории студент должен:

1. Углубить понимание основных физических понятий.

2. Ознакомиться с разнообразными измерительными приборами и научиться делать с их помощью надежные измерения.

3. Научиться определять величину ошибки измерения.

4. научиться правильно производить вычисления и оценивать погрешность результатов вычислений.

5. Научиться анализировать результаты эксперимента, в том числе с помощью построения графиков, иллюстрирующих функциональные зависимости.

6. Научиться аккуратному и полному ведению лабораторного журнала.

7. научиться вырабатывать наилучший подход к новой лабораторной задаче.

2. Лабораторный журнал

Рекомендуется все записи данных эксперимента и расчеты выполнять в своем лабораторном журнале. При ведении лабораторного журнала необходимо руководствоваться следующим здравым рассуждением: «Если я возьму этот журнал спустя год или два, то должен буду найти в нем достаточно информации, чтобы понять, что было сделано, зачем, какой получен результат, и какие выводы из него следуют». Правильно и аккуратно оформленный лабораторный журнал позволит впоследствии, при необходимости, воспроизвести тот или иной эксперимент.

С учётом этого, описание каждого эксперимента в лабораторном журнале должно содержать следующие пункты:

1. название задачи, дата выполнения.

2. ЦЕЛЬ работы. В одном или двух предложениях сформулировать основную цель эксперимента. В процессе проведения опытов указать цель новой серии измерений или вычислений (можно просто указать, что именно измеряется, если «зачем» – очевидно).

3. перечень приборов и оборудования, схема установки. В журнале необходимо привести именно ту схему установки, которая была вами собрана и использована при выполнении измерений. Если в ходе работы схема установки изменяется, это также должно быть отражено в журнале. На схеме обязательно указывайте основные параметры и характеристики используемых элементов и приборов.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ. Все первичные результаты записываются прямо в лабораторный журнал (ни в коем случае не на отдельные листочки). Оригинальные результаты являются наиболее ценной информацией, которую вы имеете, и не стоит рисковать ее утратой, записывая на отдельном клочке бумаги. Переписывание результатов ведет к потере времени и к риску внести ошибки. Следует четко указать, что измеряется и в каких единицах. Измеренные величины обязательно должны включать оценку погрешности. При многократных измерениях результаты заносятся в соответствующую таблицу.

5. ВЫЧИСЛЕНИЯ. Все вычисления должны быть записаны в лабораторном журнале, а метод расчета ясно указан, т.е. должны быть приведены все расчётные формулы и выражения. Каждый вычисленный результат должен содержать соответствующее число значащих цифр. Здесь же должен быть проведён расчет погрешностей.

6. Графики. Графики должны быть выполнены на миллиметровой бумаге. В случае обработки данных на компьютере (например, в Excel’е) графики могут быть распечатаны на принтере. В любом случае, на графиках должны быть чётко указаны названия осей координат, масштаб и размерности величин.

7. РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ. Опишите кратко, что вами сделано и какие результаты получены. Результаты вычислений можно представить в виде таблицы. Если вы измеряли физическую константу, сравните ее с табличным значением с учётом оцененных вами погрешностей. Формат лабораторного журнала не строг, но, как показывает практика, наиболее удобен формат А4 (машинописный лист).

Для защиты выполненной лабораторной работы обычно требуется предоставить письменный отчёт. Требования к оформлению отчёта аналогичны приведённым выше требованиям к оформлению лабораторного журнала. Различие состоит в том, что в отчёте приводятся лишь аккуратно оформленные окончательные результаты (без промежуточных расчётов и вычислений), а также краткие теоретические сведения по изучаемой проблеме.