ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛЕЧИН

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВЫСШИЙ КОЛЛЕДЖ ИНФОРМАТИКИ

Кафедра естественных наук

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО ФИЗИКЕ

Для студентов 1 курса

Новосибирск

Практикум по курсу общей физики ставит своей целью помочь студентам глубже познакомиться с законами физики и приобрести необходимые навыки проведения эксперимента.

Практикум содержит основные разделы курса физики и знакомит студентов с сущностью физических явлений и различными методами измерения физических величин.

Руководство к практикуму по лабораторным работам является результатом работы коллектива кафедры естественных наук ВКИ при НГУ.

При написании практикума использован опыт работы Новосибирского государственного университета, СУНЦ НГУ и других учебных заведений России.

Составители : А.И. Валишев, С.Д. Гилев, В.И. Манжалей, Ю.И. Молородов, В.Н. Рычков, В.А. Субботин, Е.И. Пальчиков, П.М. Кроковный, Никулин В.И.

Ответственный редактор Ю.И. Молородов

Печатается по решению

методсовета ВКИ НГУ

Ó ВКИ НГУ 2009

Содержание Стр.

Предисловие 3

Лабораторные работы 3

Введение в практикум

№1. Погрешности измерений физических величин 5

№2. Определение плотности твердого тела 10

№3. Знакомство с электроизмерительными приборами 14

№4. Электронный осциллограф 19

№5. Датчики 24

Механика

№6.Движение тела в поле тяжести 29

№7.Неупруугое соударение шаров 30

№8. Упругое соударение шаров 34

№9. Измерение момента инерции тел вращения 38

№10.Определение момента инерции маятника Обербека 44

№11.Определение ускорения свободного паденения при помощи маятника 48

№12. Изучение колебаний пружинного маятника 50

№13. Определение коэффициента трения скольжения 52

№14. Трение нити 55

№15. Упругое растяжение 60

Колебания

№16. Определение скорости звука резонансным методом 64

№17. Определение модуля упругости и скорости звука в стержнях методом возбуждения колебаний 65

Молекулярная физика

№18. Поверхностное натяжение 71

№19. Волновой метод измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкостей 60

№20. Исследование изотермического процесса 78

№21. Исследование изохорного процесса 80

№22. Исследование изобарного процесса 83

Электричество

№23. Резонанс напряжений 86

№24. Катушка индуктивности 87

№25. Законы Кирхгофа 88

№26. Последовательное и параллельное соединение резисторов 90

№27. Исследование трёхфазной цепи 91

№28. Зарядка и разрядка конденсатора 97

№30. Снятие вольт-амперной характеристики диода 101

ОПТИКА

№1 Линзы 104

№2 Измерение длины световой волны 106

Предисловие

Основная цель физического практикума - дать элементарные навыки получения, обработки и анализа измерений, проводимых при выполнении лабораторных работ.

Каждая лабораторная работа представляет собой небольшое исследование определённого явления природы. Задача студента состоит в том, чтобы на основе накопленных знаний объяснить наблюдаемый эффект, описать его какой-либо моделью. Важным моментом экспериментального исследования природы является процесс измерения физических величин. От того, как мы измерим параметры реального процесса, как будем интерпретировать полученные данные, в решающей степени зависит понимание сути физического явления. Как и во всякой области человеческой деятельности, в лабораторном исследовании природы существует свой собственный язык. Это совокупность понятий и терминов, призванных описать те или иные стороны взаимодействия человека со средствами измерений. Знание этого своеобразного языка является необходимым, поскольку на нём выражены основные правила, касающиеся научного постижения действительности.

Основные правила

После выполнения работы каждый студент представляет преподавателю отчет в тетради для лабораторных работ.

В отчет входят:

1. Дата выполнения работы.

2. Наименование работы и ее номер.

3. Перечень оборудования.

4. Схема или зарисовка установки.

5. Таблица результатов измерений и вычислений.

6. Обработка результатов измерений и определение абсолютной и относительной погрешностей измерения.

7. Построение графиков и зависимостей исследуемой величины (если это необходимо для понимания процесса).

8. Выводы, ответы на контрольные вопросы

Лабораторная №1

ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛЕЧИН

Цель работы:знакомство с основами теории измерений, приборами для измерения длины, массы, измерение плотности различных материалов.

Приборы и оборудование:линейка, штангенциркуль, микрометр, учебные весы, разновесы, исследуемые образцы, микрокалькулятор.

Основные понятия теории измерений

Физика изучает законы взаимодействия материальных объектов. Постижение физических закономерностей и связей начинается с наблюдений за природными явлениями. На первом этапе научного исследования выделяются общие характеристики явлений и процессов, определяющих сам тип взаимодействия. Например, масса тела независимо от химического состава, формы и цвета описывает отклик тела на воздействие силы. Таким образом, формулируются физические понятия (физические величины). Для количественного описания физических величин необходимо: во-первых, ввести понятие о стандартном теле - эталоне, во-вторых, определить процедуру сравнения определенного свойства любого тела с тем же свойством эталона и, в-третьих, создать технические средства, обеспечивающие возможность проведения такого сравнения, - измерительные приборы. Процедура нахождения численного значения физической величины называется физическим измерением. Для определения одной величины могут быть предложены различные процедуры и совсем не очевидно, что они дадут в точности одинаковые результаты. Несовершенства процедуры и технических средств приводят к некоторой неопределенности в значении измеряемой физической величины.

Прямое измерение - измерение, при котором искомое значение величины находится непосредственно с помощью соответствующих измерительных приборов.

Косвенное измерение - измерение, при котором искомое значение величины находится на основании известной зависимости между этой величиной и измеряемыми величинами.

Погрешность измерений - отклонение результата измерений x_изм от истинного значения измеряемой величины x₀ .Причинами отличия измеренного значения х_изм от истинного х₀ являются:

1) недостатки выбранной процедуры (в частности, влияние на

результат измерений ряда неучтенных факторов),

2) несовершенство технических средств (приборов),

3) свойства самой измеряемой величины, принимающей при каждом измерении различные значения вблизи некоторого среднего.

Никакое измерение не может быть выполнено абсолютно точно. В результате опытов значение физической величины всегда получается с некоторой погрешностью.