ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

Методические указания к лабораторной работе № 1

Пенза 2007

УДК 531.7(075.8)

ББК 22.3я73

И88

Рекомендовано Редсоветом университета

Рецензент – к.т.н., профессор кафедры «Физика» Чижухина Н.И. (ПГТА)

Обработкарезультатов физического эксперимента: Методические

И 88 указания к лабораторной работе № 1 / Грейсух Г.И., Саранцева С.С., Захаров О.А., Очкина Н.А.‑ Пенза: ПГУАС, 2007. – 17 с.

Предоставлены методы нахождения погрешностей прямых и косвенных измерений. Даны рекомендации по использованию измерительных приборов и обработки результатов измерений, а также указания к выполнению измерений механических и электрических величин.

В связи с отсутствием лекционного курса по измерениям в методических указаниях приведены некоторые теоретические сведения по основам метрологии.

Методические указания разработаны на кафедре физики и предназначены для использования студентами всех специальностей, выполняющих лабораторные работы по курсу физики (раздел «Механика»).

© Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, 2007

© Грейсух Г.И., Саранцева С.С., Захаров О.А., Очкина Н.А., 2007

Цель работы – ознакомление с методами оценки результатов измерений и расчета погрешностей.

Приборы и принадлежности:

‑ исследуемые образцы;

‑ штангенциркуль;

‑ микрометр;

‑ лабораторная установка FPM - 01;

‑ пакет компьютерных программ по моделированию процесса измерений объема тела и удельного сопротивления проволоки.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Положения и выводы физики непосредственно связаны с экспериментом. Как и в любой точной науке, в физике результаты экспериментов представляются чаще всего набором некоторых чисел – числовых значений физических величин. Эти числовые значения, входящие в математическую формулу, устанавливают связь между физическими величинами в явлениях природы.

Измерить физическую величину – значит сравнить ее с единицей измерения. Измерение– это последовательность экспериментальных и вычисленных операций, осуществляемых для нахождения значения заданной физической величины. В зависимости от способа получения результата следует различать измерения прямые и косвенные.

При прямыхизмерениях результат получается непосредственно из измерений самой величины. Например, измерение длины стола линейкой, силы тока – амперметром, напряжения на участке цепи – вольтметром.

При косвенных измерениях результат получается после вычисленных операций, произведенных над результатами прямых измерений. Например, площадь стола можно найти по формуле:

,

где a и b – длина и ширина стола.

Сопротивление участка цепи определяется по формуле:

,

где U и I – показания вольтметра и амперметра.

Косвенные измерения значительно сложнее, но они применяются довольно часто, особенно при экспериментальных исследованиях.

Измерения включают в себя следующие элементы:

‑ физический объект (например, цилиндр);

‑ технические средства измерений (например, штангенциркуль и микрометр);

‑ наблюдателя (или регистрирующее устройство), который воспринимает результат измерений.

Истинное значение физической величины абсолютно точно измерить нельзя. При измерении физических величин возникают погрешности измерений. Погрешностями измеренийназывают отклонения результатов измерений от истинного значения измеряемой величины. Все погрешности принято подразделять на систематические, случайные и промахи.

Промахи(грубые погрешности) возникают вследствие недосмотра наблюдателя или необнаруженной неисправности инструмента (прибора). Промахи исключаются из результатов измерений.

Случайныепогрешности обусловлены как несовершенством органов чувств наблюдателя, так и условиями проведения эксперимента. Случайных погрешностей избежать нельзя. Их оценивают по данным многократных наблюдений методами математической статистики. Чем больше измерений сделано, тем ближе значение измеряемой величины к его истинному значению.

Систематическиепогрешности появляются вследствие неточности приборов и несовершенства методов измерений. Систематические погрешности не зависят от числа измерений. Они остаются постоянными в течение времени проведения эксперимента и могут быть исключены введением поправок.

Итак, систематические погрешности можно устранить или учесть, промахи следует отбросить, а случайные погрешности необходимо учитывать путем специальной математической обработки результатов измерений.