Определение погрешностей при прямых измерениях

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

НОВГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ЯРОСЛАВА МУДРОГО

 

 

 

СБОРНИК ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПО ОБЩЕМУ КУРСУ ФИЗИКИ

 

 

Великий Новгород

2003

УДК 53                                                         Печатается по решению

ББК 22.3                                                                 РИС НовГУ

 

 

Рецензент

Кандидат физико-математических наук, доцент А.И. Геогриев

 

 

Общий курс физики: Лабораторные работы/Сост. Е.А. Ариас, Коровина Г.Е.; НовГУ им. Ярослава Мудрого. –Великий Новгород, 2003. – 97 с.

 

 

Приведены описания тринадцати лабораторных работ по общему курсу физики. Рассматриваются основные понятия, методика и порядок их выполнения. Даны вопросы для самоподготовки.

Предназначены для студентов ИМО , изучающих общий курс физики.

 

                                                                                                УДК 53

                                                                                           ББК

 

 

                                                 ©Новгородский государственный

                                                 университет, 2003

                                                 ©Е.А. Ариас, Г.Е. Коровина        

                                                 составление, 2003

СОДЕРЖАНИЕ

 

Предисловие……………………………………………………………………. 4

Лабораторная работа “Математическая обработка результатов

измерений и представление результатов эксперимента”…………………….. 5

2  Лабораторная работа “Определение отношения теплоемкостей

газов по методу Клемана и Дезорма”………………………………………….. 8

3  Лабораторная работа “Определение коэффициента вязкости   

жидкости с помощью капиллярного вискозиметра”………………… ………..19

4  Лабораторная работа “Определение поверхностного натяжения

жидкостей методом максимального давления в пузырьке”…………………… 28

5  Лабораторная работа “Определение поверхностного натяжения жидкостей методом отрыва капель”…………………………………………….. 35

6  Лабораторная работа “Измерение индуктивности и емкости в цепи переменного тока”………………………………………………………………….37

7  Лабораторная работа “Измерение размеров малых объектов с

помощью микроскопа”……………………………………………………………. 48

8  Лабораторная работа “Определение показателя преломления

жидкости”………………………………………………………………………… 53

9  Лабораторная работа “Определение концентрации сахара в растворе

сахариметром”…………………………………………………………………….. 59

10 Лабораторная работа “Определение длины световой волны при

помощи дифракционной решетки”……………………………………………… 67

11 Лабораторная работа “Исследование спектра испускания водорода и определение постоянной Ридберга”…………………………………………… 75

12 Лабораторная работа “Определение чувствительности фотоэлемента” 82

13 Лабораторная работа “Основы дозиметрии”…………………………… 88

Библиография……………………………………………………………………..96

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

Лабораторный практикум по физике для студентов специальностей института медицинского образования направлен на систематическое изучение физических обоснований явлений, происходящих в организме, а также применяемых в клинике диагностических и лечебных методов. Он предполагает выполнение лабораторных работ с использованием приборов, применяемых в медицинской практике.

В каждой работе содержатся краткие теоретические сведения, описание лабораторной установки, порядок выполнения работы, контрольные вопросы по изучаемой теме.

Настоящее пособие облегчает студенту самостоятельную подготовку к выполнению лабораторных работ.

 

 

Лабораторная работа. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

Классификация погрешностей

 

Истинное значение физической величины абсолютно точно определить нельзя. При измерениях физических величин под действием самых разнообразных причин возникают погрешности измерений. Все погрешности принято разделять на систематические, случайные и промахи (ошибки).

Систематической называют такую погрешность, которая остается постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях одной и той же величины. Такие погрешности появляются вследствие неисправности приборов, неточности метода исследования, каких-либо упущений экспериментатора, а также при использовании для вычислений неточных зависимостей (формул), констант и т.д.

Случайной называется погрешность, которая вызывается действием не поддающихся контролю многочисленных, независимых друг от друга факторов. Значение случайной погрешности колеблется от одного измерения к другому, что делает невозможным точное предсказание результата в каждом отдельном измерении. Однако при рассмотрении повторных измерений обнаруживается характерная закономерность результатов, их определенная устойчивость, которая и служит основой для математической обработки опытных данных, вычисления случайных погрешностей.

Промахом или ошибкой называют такую погрешность измерения, которая оказывается значительно больше ожидаемой при данных условиях. Ошибка обязательно должна быть исключена из результатов измерений.

 

Определение погрешностей при прямых измерениях

 

Прямыми называют такие измерения, при которых физическая величина измеряется непосредственно при помощи прибора.

Пусть х – действительное значение измеряемой величины, а х₁ – показания прибора. Абсолютной погрешностью называется величина

.                                                                              (1.1)

Точность измерения характеризуется отношением абсолютной погрешности к действительному значению измеряемой величины

.                                                                                    (1.2)

Это отношение называется относительной погрешностью и выражается в процентах.

Погрешности, допускаемые при прямых измерениях, нередко называются приборными, так как обусловлены классом точности прибора, который указывается либо на самом приборе, либо в паспорте. В тех случаях, когда на приборе класс точности не указан, абсолютная погрешность принимается равной половине цены деления.

Случайные погрешности имеют статистический характер, их математическая обработка производится с помощью теории вероятностей. При многократном измерении равновероятно получить результат как больший, так и меньший, чем истинное значение измеряемой величины.

Пусть проведено n измерений величины х и в результате получено n значений: х₁, х₂, …х_n . Величина

                                                   (1.3)

называется средним арифметическим значением, является хорошим приближением к истинному значению измеряемой величины и, как правило, используется как окончательный итог серии измерений.

Рассмотрим несколько основных этапов упрощенной математической обработки результатов измерений.

1. Находим среднее арифметическое значение измеряемой величины

2. Вычисляем абсолютные погрешности результатов отдельных измерений

                                                          (1.4)

Абсолютная погрешность имеет размерность измеряемой величины и характеризует качество отдельных измерений.

3. Вычисляем среднюю абсолютную погрешность

                                               (1.5)

4. Вычисляем относительную погрешность

                                                                         (1.6)

5. Записываем окончательный результат .         (1.7)