Министерство здравоохранения Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тверская государственная медицинская академия Министерства
здравоохранения Российской Федерации
КАФЕДРА ФИЗИКИ
ИЗМЕРЕНИЯ, МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
ИЗМЕРЕНИЙ И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА
Методические указания
Тверь 2014
Методические указания составлены кафедрой физики
и предназначены в помощь студентам при
подготовке и выполнении лабораторной работы
Лабораторная работа
ИЗМЕРЕНИЯ
Изучение любых физических процессов невозможно без измерений. Измерения являются основой эксперимента, а эксперимент – одним из методов процесса познания. Под измерением понимают процесс сравнения с помощью технических средств измеряемой физической величины с однородной величиной, принятой за единицу (эталон). То есть измерению подвергается определённая физическая величина, под которой понимают общее свойство, присущее целой группе физических объектов, но в количественном отношении – индивидуальное для каждого из них.
Например: масса тела – физическая величина, поскольку этим свойством обладают все тела, однако каждое из них обладает определённым значением массы.
Значение физической величины – это её оценка в виде некоторого числа единиц, принятых для данной величины.
Например: 20В – значение физической величины – электрического напряжения.
Измерить любую физическую величину можно лишь с определённой степенью точности. Точность измерения показывает насколько результат, полученный при измерении, близок к истинному значению физической величины. Нужно иметь ввиду, что истинное значение физической величины никогда не может быть определено в ходе эксперимента, поэтому часто используют понятие действительное значение физической величины, т.е. экспериментально определённое и минимально приближённое к истинному (вместо истинного значения часто берут среднее значение нескольких измерений данной величины).
Все измерения можно на прямые и косвенные.
Прямыми называют такие измерения при которых физическая величина измеряется непосредственно при помощи прибора.
Косвенными называют такие измерения, при которых исследуемая физическая величина является функцией одного или нескольких переменных, измеряемых непосредственно.
Для осуществления процесса измерения необходимы средства измерения (измерительные приборы, эталоны), методы измерения, форма выражения результата (таблицы, графики) и оценка погрешностей измерения.
-
Средства измерения – измерительные приборы можно классифицировать по роду измеряемой величины. Среди них различают гальванометры, амперметры, омметры, ваттметры, частотомеры и др.
С другой стороны, все приборы можно классифицировать по степени точности.
Точность прибора – степень приближения показаний прибора к истинному (действительному) значению физической величины.
Чувствительность S
измерительного прибора называется
отношение линейного или углового
перемещения
к изменению физической величины
,
вызвавшему это перемещение.
.
Величина, обратная чувствительности,
прибора, называется ценой деления
прибора C =
.
Цена деления С показывает значение
электрической величины, вызывающей
отклонение указателя прибора (стрелки)
на одно деление. Часто цена деления
представляет собой разность значений
измеряемой величины для двух соседних
меток шкалы. Цена деления зависит от
верхнего и нижнего пределов измерения
прибора и от числа делений шкалы.
Например: с помощью вольтметра можно измерить напряжение от 0 до 300в, шкала его имеет 60 делений, Определить чувствительность и цену деления вольтметра.
Чувствительность: S =
=
Цена деления: C =
=
Для достижения большей точности необходимо выбирать прибор таким образом, чтобы значение измеряемой величины находилось в конце шкалы прибора, это уменьшит относительную погрешность. Для повышения точности измерения нужно пользоваться либо приборами, имеющими различные пределы измерения, либо одним многопредельным прибором, т.е. измерительным прибором, электрическую схему которого можно переключать с целью измерения пределов изменяемой величины.
Третьим типом классификации измерительных приборов является их разделение по принципу действия: магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электронные, термоэлектрические, тепловые и т.д.
-
Форма выражения результата - запись результатов измерений. Правильная запись результатов измерения является одним из необходимых элементов получения правильного результата.
При оформлении лабораторной работы следует придерживаться следующей формы: дата выполнения работы, название и цель работы, краткие теоретические сведения, описание прибора (установки, метода), запись последовательности действий при выполнении работы, таблицы результатов измерений, обработка полученных результатов ( расчёт физических величин и погрешностей, построение графиков и т.п.), запись окончательного результата и формулировка вывода.
С особой тщательностью следует записывать результаты всех первичных измерений, причём запись осуществляется немедленно, без какой-либо обработки. Записи стараться вести аккуратно, чётко, неверные цифры следует зачёркивать, а рядом писать верные. Для таких записей необходимо заранее подготовить таблицы.
Запись результатов в виде таблиц – наиболее компактная и удобная для чтения форма. Значение одной и той же величины лучше заносить в вертикальный столбец таблицы (так легче сопоставлять цифры), над каждым таким столбцом нужно написать наименование (символ) физической величины и указать единицу её измерения. К каждому эксперименту таблицу нужно тщательно продумать, включая в неё как измеряемые так и рассчитываемые величины.
Например: начало таблицы «Длины волн некоторых спектральных линий»
-
Элемент
λ, 10-10м
Lί
4603
6104
6708
……