Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Дальневосточный государственный гуманитарный университет»

Маханика, молекулярная физика, электричество и магнетизм

Лабораторный практикум для студентов

специальности 010100 (010101.65) - Математика

Хабаровск

2009

Содержание

Физические измерения 4

Обработка результатов физических измерений 4

Проверка основного закона динамики вращательного движения 12

Сложение взаимно перпендикулярных гармонических колебаний 16

Определение отношения теплоемкостей газов СP/СV методом Клемана и Дезорма 23

Определение коэффициента внутреннего трения жидкостей и газов 25

Изучение электростатического поля 31

Лабораторная работа № 1

Физические измерения

Обработка результатов физических измерений

1. Задачи измерений

Физика – наука экспериментальная. Физические законы устанавливаются и проверяются путем сопоставления экспериментальных данных. При выполнении лабораторных работ студенты на опыте изучают основные физические явления, учатся анализировать полученные результаты.

Физика – наука количественная. Результаты измерений анализируются, формулируются физические законы в виде математических формул, связывающих между собой числовые значения физических величин.

В результате измерений мы узнаём во сколько раз измеряемая величина больше или меньше соответствующей величины, признанной за эталон. Основные эталоны хранятся в специальных метрологических учреждениях. На практике пользуются измерительными приборами, связанными с эталонами. Это могут быть линейки, штангенциркули, микроскопы и т.д.

Никакие измерения не могут быть выполнены абсолютно, точно. Результаты измерений всегда содержат некоторую ошибку. Измерения, которые были произведены при сравнении с эталоном измерительных приборов и инструментов также связаны с некоторой ошибкой. Измеряя какую-либо величину, мы не можем сделать ошибку меньшей, чем та, которая определяется погрешностью измерительных инструментов. Например, если длина линейки определена с точностью 0,1%, то, применяя ее, нельзя измерить длину с большей точностью.

В задачу измерений входит не только нахождение самой величины, но и оценка погрешности ее измерения. Чем точнее мы хотим измерить что-либо, тем труднее это сделать. Поэтому не следует увлекаться излишней точностью. Но очень часто повышение точности измерений позволяет вскрыть новые закономерности. Например, повышение точности измерения плотности воды привело в 1932 г. к открытию тяжелого изотопа водорода – дейтерия.

В задачу измерений входит также установление надежности измерений, которая характеризует вероятность того, что истинное значение измеряемой величины находится в заданных пределах.

2. Виды ошибок

Ошибки можно подразделить на случайные, систематические и промахи. Ошибки, сохраняющие спою величину и знак от опыта к опыту, носят название систематических. К систематическим ошибкам принадлежат ошибки, связанные с неравноплечестью весов, неточной разбивкой шкалы измерительных приборов и т. д.

Ошибки, которые изменяют величину и знак непредсказуемым образом от опыта к опыту, называются случайными. Например, при взвешивании одного и того же груза, коромысло весов за счет силы трения останавливается не всегда в одном месте. В этом случае мы обнаружим случайную ошибку, которая меняется от опыта к опыту.

Влияние случайных ошибок на результат измерений может быть уменьшено при многократном повторении опыта. Уменьшить вклад систематических ошибок путем повторения опыта нельзя. Для этого нужно усовершенствовать прибор или изменить методику измерений.

Промахи – это ошибки, полученные в результате описок, из-за невнимательности, из-за случайных помех и т. д. Их следует исключить из рассмотрения результатов.

Качество результатов измерений обычно удобно характеризовать не абсолютной величиной ошибки х (отклонение результата данного измерения от наилучшего значения результата многократных измерений), а ее отношением к измеряемой величине х/х, которое называют относительной ошибкой и обычно выражают в процентах

.