Классификация измерений

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО Ульяновский государственный педагогический университет им. И.Н. Ульянова

Кафедра общей физики

Обработка РЕЗУЛЬТАТОВ измерений

В лабораторном ФИЗИЧЕСКОМ практикуме

Методические указания

Ульяновск, 2008

УДК 530 (07) Печатается по решению

редакционно-издательского

совета ГОУ ВПО УлГПУ им.И.Н. Ульянова

Рябинова В.Д., Шишкарёв В.В. Обработка результатов измерений в лабораторном физическом практикуме (методические указания для студентов педагогических специальностей вузов) – Ульяновск, УлГПУ им. И.Н. Ульянова, 2008. 22 с.; 3 рис.; 1 табл.

Методические указания подготовлены в соответствии с федеральной компонентой государственного стандарта и рекомендованы студентам физико–математических факультетов, технологии и предпринимательства, а также и других факультетов, выполняющих лабораторный практикум по физике. Математическая обработка результатов измерений производится на основе теории вероятности, которая позволяет при заданном коэффициенте надежности и определенном числе измерений оценить величину доверительного интервала. Пособие содержит необходимый справочный материал, правила оформления и выполнения лабораторных работ и удовлетворяет современному уровню требований к обработке экспериментальных данных измерений.

Составители: Рябинова В.Д., старший преподаватель кафедры общей физики,

Шишкарев В.В., кандидат технических наук, доцент

Научный редактор: Старов Э.Н., кандидат физ.-мат. наук, доцент.

Рецензенты: Кокин В. А., кандидат педагогических наук, доцент.

Кудрявцев Ю.Н., кандидат физ.-мат. наук, доцент.

© Ульяновский государственный педагогический университет им. И.Н.Ульянова. 2008

Ротапринт Ульяновкого государственного педагогического университета им. И.Н. Ульянова

432980, Ульяновск, пл. 100-летия В.И. Ленина, 4.

Введение

Физика – наука экспериментальная. В физической лаборатории самостоятельно приходится решать ряд экспериментальных задач для достижения, в основном, следующих целей: с одной стороны научиться самостоятельно воспроизводить и анализировать основные физические явления, с другой стороны, каждый экспериментатор должен получить при этом необходимые навыки работы в физической лаборатории, уметь делать правильные выводы из сопоставления теории и эксперимента, выделять главное, существенное, понимать роль идеализаций в физике, уметь оценить погрешности измерений.

Классификация измерений

Одна из целей практикума – научиться правильно измерять физические величины и точно использовать их числовые значения в формулах.

Измерить физическую величину – значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу. Нахождение значения физической величины опытным путем при помощи специальных технических средств называется измерением. Различают измерения прямые, косвенные, совокупные, абсолютные и относительные. Чаще всего студенту приходиться проводить прямые и косвенные измерения.

Прямым называется измерение, при котором исследуемая величина находится непосредственно с помощью прибора или при непосредственном сравнении с единицей измерения. К ним относятся, например, измерение массы на равноплечих весах, температуры – термометром, длины – линейкой.

Косвенным называется измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными прямыми измерениями. Косвенными измерениями являются, например, нахождение плотности однородного тела по его массе и геометрическим размерам; нахождение удельного электрического сопротивления проводника по его длине и площади поперечного сечения и т.д.

Измерения физических величин основывается на различных физических явлениях. Так для измерения температуры используется тепловое расширение тел или термоэлектрический эффект, для измерения массы тел взвешиванием – явление тяготения, для измерения расхода газа или жидкости используется перепад давления в сужающем устройстве и т.д. Совокупность физических явлений, на которых основаны измерения, называют принципом измерения.

Совокупность приемов использования принципов и средств измерений определяет метод измерений. Методы измерений весьма разнообразны: метод непосредственной оценки, метод сравнения с мерой, метод противопоставления, дифференциальный метод, метод замещения, метод совпадений. Чаще всего в лабораторном физическом практикуме студенты пользуются методом непосредственной оценки, методом сравнения с мерой, а также нулевым методом.

Метод непосредственной оценки – это метод измерений, в котором значение величины определяют непосредственно по отсчетному устройству измерительного прибора действия. Примерами этого метода могут быть измерения давления пружинным манометром, массы на электронных весах, силы электрического тока амперметром.

Метод сравнения с мерой – это метод, в котором измеряемую величину сравнивают с величиной, называемой мерой. Например, при взвешивании на рычажных весах масса тела сравнивается с массой уравновешивающих гирь. При измерении электрического напряжения компенсационным методом напряжение сравнивается с ЭДС нормального элемента и т. д.

Нулевой метод – это метод сравнения с мерой, в котором результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения доводят до нуля, например, измерение электрического сопротивления мостом Уинстона.

Изучением принципов, методов и средств измерений, погрешностей, а также и других вопросов, связанных с измерениями, занимается метрология.