- •Методическое пособие
- •Часть I
- •Порядок выполнения работ
- •Элементарная теория оценки ошибок измерений
- •Лабораторная работа №101 изучение законов кинематики и динамики прямолинейного движения на машине атвуда
- •3.1. Описание экспериментальной установки
- •3.2. Проведение эксперимента
- •Проверка формул для равноускоренного движения
- •Проверка формул для равномерного прямолинейного движения
- •Изучение законов сохранения механической энергии и импульса на примере центрального удара шаров
- •3.1. Описание экспериментальной установки
- •3.2. Порядок выполнения работы
- •3.3. Обработка результатов эксперимента
- •Изучение основного закона динамики вращательного движения твердого тела
- •3.1.Описание экспериментальной установки
- •3.2. Порядок выполнения работы
- •3.3. Обработка результатов измерений
Московская государственная академия приборостроения и информатики
Кафедра физики
Методическое пособие
для выполнения лабораторных работ по физике
Часть I
Ф.И.О. студента___________________________________________
№ группы ________________________________________________
УКП ____________________________________________________
Ф.И.О. ведущего преподавателя _____________________________
_________________________________________________________
Лаб. работа №101 РАБОТА ЗАЧТЕНА
Лаб. работа №102 РАБОТА ЗАЧТЕНА
Лаб. работа №106 РАБОТА ЗАЧТЕНА
___________________________
Порядок выполнения работ
-
Лабораторные работы предназначены для проверки изучаемых физических законов на практике.
-
Номер работы, которую студент будет выполнять на следующем занятии, назначает преподаватель, проводящий лабораторные работы.
-
Экспериментальные и расчетные данные заносятся в журнал только с разрешения ведущего преподавателя. Все предварительные расчеты выполняются на черновике. Обработка результатов измерений проводится согласно разделу «Элементарная теория оценки ошибок измерения» (cм. ниже).
-
После выполнения работы преподаватель должен поставить отметку в журнале о том, что работа зачтена.
-
Студенты, не сдавшие в срок лабораторные работы, к экзамену не допускаются.
Элементарная теория оценки ошибок измерений
Целью каждой лабораторной работы является определение некоторой величины y, для которой приводится функциональное соотношение (формула), выражающая ее через одну или несколько величин
. (1)
Непосредственно в эксперименте измеряется не сама искомая величина у, а только величины x1, х2, ..., хN , которые в дальнейшем называются измерениями. Для измерения величин используются приборы, реальные измерительные возможности которых ограничиваются рядом объективных причин, кроющихся в физической природе измеряемых физических величин. Так при измерении плотности с высокой точностью проявляются флуктуации числа частиц и массы в единице объема. При измерении тока – числа носителей заряда, при измерении интенсивности света – числа фотонов в световых потоках и многое другое.
Поэтому любую из измеряемых на практике физических величин можно представить в виде , где – некоторое истинное точное значение (которое полагается физически существующим) измеряемой величины, а х – отклонение от истинного значения, обусловленное неточностями лабораторного эксперимента.
Будем считать, что все отклонения истинного значения в лабораторном эксперименте имеют статистически независимый случайный характер, поэтому при многократных повторениях одного и того же измерения значения отклонения х будут иметь случайный разброс в разные от нуля стороны. Даже в результате многократных измерений величины х нельзя точно указать истинное значение измеряемой величины, но можно указать интервал ее значений, в котором она находится с вероятностью, близкой к единице. Интервал таких значений обычно представляется в виде ,
чему соответствует форма записи результатов измерений в виде , где xCP – среднее значение измеряемой величины х. Оно определяется, как среднее арифметическое по всем измерениям: , где хi – значение величины х в i-том измерении; n – полное количество измерений.
Величина называется средней абсолютной ошибкой измеряемой величины х. Она определяется, как где вертикальными скобками обозначен модуль разности. При записи результата измерений необходимо соблюдать следующие правила:
-
значение абсолютной ошибки необходимо округлить до двух значащих цифр, если первая из них – единица, и до одной – во всех остальных случаях;
2) при записи численного значения величины хСР необходимо указывать столько же знаков после запятой, сколько использовано для записи . В качестве правильной записи результатов можно привести пример
1) , если , а ;
2) , если , а .
Примеры неправильной записи результата измерений:
1) х = (1.11 0.01) м – нарушено правило 1;
2) х = (1.11 0.013) м – нарушено правило 2;
3) х = (1.11 0.0134) м – нарушено правило 1;
4) х = (1.11 0.023) м – нарушено правило 1.
Класс точности измерений характеризуется как величиной абсолютных ошибок, так и относительных, которые вычисляются по формуле: .
Относительная ошибка во многом более наглядна. Например, измерения размеров дома и земного шара с точностью до одного метра совершенно несоизмеримы по величине относительных ошибок, отличающихся почти в миллион раз.