Фронтальная лабораторная работа «Освоение методов проведения измерений и расчета их погрешностей»




Физика – наука экспериментальная. Это значит, что физические законы устанавливают и проверяют через накопление и сравнение экспериментальных данных. Но результаты, которые получают при проведении любого физического эксперимента, всегда содержат некоторые погрешности, так как практически невозможно провести измерения с абсолютной точностью. Возможные погрешности имеют большое значение при сравнении результатов эксперимента с теоретическими формулами, поэтому необходимо научить студентов обрабатывать результаты измерений.

Поэтому целесообразным является проведение фронтальной лабораторной работы по теме «Освоение методов проведения измерений и расчета их погрешностей» для более качественного усвоения студентами знаний по теории погрешностей и умений применять эти знания в практической деятельности. Целью данной работы является ознакомление с методами оценки результатов измерений и расчета погрешностей. В качестве оборудования используется установка для определения удельного сопротивления проволоки (рис. 1), штангенциркуль, микрометр, рулетка. Материалом изучения является следующее: прямые и косвенные измерения, определение погрешностей, приближенные вычисления, измерение линейных величин, простейшие электрические измерения.

Рабочая формула для вычисления удельного сопротивления материала проволоки:

.

Чтобы определить ρ, необходимо измерить электрическое сопротивление R (через силу тока I и напряжение U), длину отрезка l и площадь его сечения S (через диаметр d).

Напряжение U, силу тока I, длину l отрезка проволоки и ее диаметр d мы измеряем соответствующими приборами с определенной точностью. Когда мы говорим, что вольтметр показывает 1 В, мы, конечно, имеем в виду, что измеряемое напряжение лишь приблизительно равно 1 В. Истинное значение напряжения лежит в некотором интервале

Uизм – ∆U ≤ U ≤ Uизм + ∆U, или U = Ū ± ∆U,

где Uизм – измеренное напряжение; в нашем примере Uизм = 1 В. Значит, результат измерения есть то деление на шкале вольтметра, против или вблизи которого установилась стрелка, ∆U – погрешность измерения напряжения данным вольтметром, она определяется классом точности прибора. Отметим, что ∆U определяется «ценой» деления шкалы вольтметра. Это же относится и к измеряемой силе тока I:

I = Ī ± ∆I.

Диаметр d проволоки можно измерить штангенциркулем или микрометром. Если диаметр проволоки измерить штангенциркулем в разных местах, то, скорее всего, окажется, что результат везде одинаков. Штангенциркуль не «почувствует», что толщина проволоки не одинакова по всей длине. В этом случае точность измерения штангенциркулем и определяет погрешность измерения диаметра. Микрометр – более чувствительный и более точный прибор, чем штангенциркуль. Если измерить диаметр проволоки в различных местах микрометром, то можно получить серию результатов d1, d2, …, dn. В этом случае погрешность определяется уже и характером самой величины d. Тоеть, истинное значение диаметра лежит в интервале

d = ± ∆ d.

Это же относится и к измеряемой длине проволоки l:

l = ± ∆ l.

Отсюда приходим к искомому результату

ρ = ± ∆ ρ = (1 ± ).

где относительная погрешность

Студенты работают по следующему плану:

1. Определение с помощью штангенциркуля диаметра d проволоки по всей длине в 10 – 12 точках. Определение среднего значения диаметра

и запись резутата в виде

Вычисление погрешности измерений и относительной погрешности .

2. Повторение измерения диаметра проволоки с помощью микрометра. Определение и . Результаты измерений заносятся в специальную таблицу. Вычисление и по формулам

,

и сравнение полученных результатов.

3. Определение экспериментально зависимости сопротивления R проволоки от ее длины l. Измерения рекомендуется проводить для десяти значений длины l от l ≈ 0,3 l 0 до l = l 0, где l 0 – полная длина проволоки.

4. Определение погрешностей ΔU и ΔI по классу точности вольтметра и амперметра.

5. Нанесение экспериментальных точек на координатную плоскость, откладывая по оси Х величину , а по оси Y – соответствующее ей сопротивление . Каждую экспериментальную точку следует изображать с указанием погрешностей Δ l и ΔR. При этом необходимо убедится в том, что в пределах точности измерений экспериментальные точки ложатся на прямую.

Презентация



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-06-11 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: