- •Оглавление
- •Введение
- •Указания по выполнению лабораторных работ
- •Правила техники безопасности в учебнох лабораториях
- •Глава 1. Механика Лабораторная работа №1 статистическая обработка результатов измерений
- •Введение
- •3. Вычисляем среднее значение:
- •5. Вычисляем среднеквадратичное отклонение:
- •7. Вычисляем абсолютную ошибку измерения:
- •Для полной характеристики точности эксперимента определяют кроме абсолютной ошибки еще и относительную ошибку эксперимента, которую выражают зачастую в относительных процентах:
- •2. Записываем расчетную формулу:
- •И выводим формулу для вычисления абсолютной ошибки:
- •6. По формуле (5) вычисляем относительную ошибку.
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа №2 скатывание тела по наклонной плоскости
- •Введение Движение тела в поле силы подчиняется второму закону Ньютона:
- •При равенстве нулю начальной скорости и координаты уравнения (1) примут вид
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •8. Вычислить (и записать в шестую строку) шесть моментов времени tcpi, с которыми ассоциируются величины Vcpi:
- •Результаты эксперимента по изучению равноускоренного движения
- •Лабораторная работа №3 скольжение тела по наклонной плоскости
- •Введение
- •И соответственно:
- •Из полученного выражения выразим коэффициент трения скольжения:
- •Порядок выполнения работы
- •7. Вычислить и занести в таблицу значения изменения скорости ∆VI и ускорения ai по формулам:
- •Лабораторная работа №4 движение тел вращения по наклонной плоскости
- •Введение
- •С учетом того, что уравнение (13) перепишем в виде:
- •Порядок выполнения работы
- •Результаты эксперимента по определению потерь на вращение
- •11. Вычислить и занести в таблицу значения скорости тела VI и коэффициентов потерь энергии на вращение по формулам:
- •Лабораторная работа №5 поступательное движение тела в гравитационном поле земли
- •Введение
- •В общем случае для тела находящегося на поверхности Земли можно считать, что сила тяжести и сила гравитационного тяготения равны между собой:
- •Равноускоренное движение характеризуется линейным изменением скорости и параболическим изменением пройденного пути со временем: :
- •Описание установки
- •Измеренные с помощью датчиков временных интервалов средние скорости v1 и v2 вычисляются:
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа №6 неупругий удар двух тел
- •Введение
- •Порядок выполнения работы
- •Результаты измерений временных интервалов
- •Результаты расчета скоростей и погрешности эксперимента
- •Лабораторная работа №7 механические колебания маятника
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Результаты эксперимента по определению периода колебаний маятника
- •Изучение малых колебаний маятника
- •Описание установки
- •Методика измерений момента инерции
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа №9 определение скорости «пули» с помощью крутильно-баллистического маятника
- •Описание установки
- •Методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа №10 изучение основного уравнения динамики вращательного движения на маятнике обербека
- •Введение
- •Методика измерений
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа №11 определение момента инерции маятника максвелла
- •Введение
- •Методика измерений
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 13 изучение колебаний связанных маятников
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Глава 2. Электричество Лабораторная работа № 14 закон ома для участка цепи
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 16 Изучение зависимости сопротивления металла от температуры
- •Введение
- •Методика измерений
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа № 17. Определение удельного сопротивления проводника
- •Описание экспериментальной установки
- •Лабораторная работа № 18 Закон Ома для полной цепи. Определение емкости химического источника тока
- •Введение
- •Описание экспериментальной установки
- •Порядок выполнения работы
3. Вычисляем среднее значение:
. |
(2) |
4. Для оценки величины случайной ошибки во второй столбец напротив каждого измерения заносим модуль разницы между измеренной величиной и средним значением: .
5. Вычисляем среднеквадратичное отклонение:
. |
(3) |
6. Задаются доверительной вероятностью p, показывающей вероятность попадания истинного значения измеряемой величины в постраиваемый доверительный интервал. Обычно в инженерных расчетах p=0,95. По табл. 1 находят поправочный коэффициент Стьюдента (более точные таблицы можно найти в статистических справочниках или в статистических программах, например, в Exel распределение Стьюдента выдает функция =СТЬЮДРАСПОБР(1–p;N–1)). Таблица построена следующим образом: строки соответствуют поправочным коэффициентам для количества экспериментов N, а столбцы – для доверительной вероятности p; на пересечении находим нужный коэффициент.
7. Вычисляем абсолютную ошибку измерения:
. |
(4) |
где tP,N – коэффициент Стьюдента.
8. Внимательно проверяем во втором столбце отклонений результата измерения от среднего значения выполнение не превышение результата от средней арифметической ошибки: . При нарушении данного неравенства результаты этого измерения ставим под сомнение считая грубой ошибкой и исключаем его из таблицы. После исключения всех промахов, повторяем п. 2–7, а при недостатке экспериментальных наблюдений повторяем эксперимент.
9. Результат эксперимента приводим в виде (1).
Таблица 1
Коэффициенты Стьюдента
Число измерений N |
Доверительная вероятность Р |
||||||
|
0,50 |
0,60 |
0,70 |
0,80 |
0,90 |
0,95 |
0,99 |
2 |
1,00 |
1,38 |
2,01 |
3,1 |
6,3 |
12,7 |
63,5 |
3 |
0,82 |
1,06 |
1,31 |
1,9 |
2,9 |
4,3 |
9,9 |
4 |
0,77 |
0,98 |
1,25 |
1,6 |
2,4 |
3,2 |
5,8 |
5 |
0,74 |
0,94 |
1,20 |
1,5 |
2,1 |
2,8 |
4,6 |
6 |
0,73 |
0,92 |
1,16 |
1,5 |
2,0 |
2,6 |
4,0 |
7 |
0,72 |
0,90 |
1,13 |
1,4 |
1,9 |
2,4 |
3,7 |
8 |
0,71 |
0,90 |
1,11 |
1,4 |
1,9 |
2,4 |
3,5 |
9 |
0,70 |
0,88 |
1,11 |
1,4 |
1,9 |
2,3 |
3,4 |
Приведем пример расчета результатов прямого измерения. В результате эксперимента контролировали диаметр прессованного алюминиевого прутка. Диаметр прутка измеряли микрометром в каждом месте через 10 см по длине. В каждой точке проводили по 5 измерений. Доверительный интервал строили с доверительной вероятностью p=0,95. Результаты одного эксперимента приведены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты измерения диаметра прутка в одном контрольном месте
Номер опыта |
Диаметр Di, мм |
, мм |
Примечание |
1 |
10,08 |
0,014 |
|
2 |
10,11 |
0,016 |
|
3 |
10,26 |
0,166 |
Промах |
4 |
9,98 |
0,114 |
|
5 |
10,04 |
0,054 |
|
2,7764 |
10,094 |
0,0469 |
0,130 |
Из результатов таблицы видно, что третье измерение является грубой ошибкой, поскольку отклонение от среднего результата в данном измерении превышает рассчитанную абсолютную ошибку ΔD. Данное измерение исключаем из таблицы и пересчитываем снова. Результаты пересчета приведены в табл. 3.
Таблица 3
Результаты измерения диаметра прутка в одном контрольном месте
после исключения грубых ошибок
Номер опыта |
Диаметр Di, мм |
, мм |
Примечание |
1 |
10,08 |
0,028 |
|
2 |
10,11 |
0,058 |
|
4 |
9,98 |
0,072 |
|
5 |
10,04 |
0,012 |
|
3,1824 |
10,052 |
0,0281 |
0,089 |
В табл. 3 грубые ошибки отсутствуют и ее можно использовать в качестве окончательного отчета о проведенной работе.
Другой методикой определения абсолютной ошибкой пользуются при повторяющихся результатах измерения. Если при измерении физической величины постоянно появляется одной и то же значения, то такой результат называется повторяющимся. Повторяющийся результат говорит о том, что прибор не ощущает случайных ошибок и точность его мала.
При повторяемости результата за абсолютную ошибку наблюдения принимают половину цены деления, если класс точности прибора не указан. Если класс точности прибора известен (обычно он написан на приборе или указан в паспорте прибора в процентах), то за абсолютную ошибку измерении принимают: , где p – класс точности прибора, xmax – максимальное показание шкалы прибора.
Во всех приведенных методиках, за исключением повторяемости результатов, необходимо помнить о том, что если абсолютная ошибка при расчете получается меньше чем погрешность прибора, то в качестве абсолютной ошибки нужно брать погрешность прибора.
В некоторых случаях невозможно произвести опыт несколько раз, сохраняя неизменными условия эксперимента. К таким экспериментам относятся, например, измерения тепловых характеристик при постоянной скорости нагрева: дилотометрия (измерение изменения размеров тела при изменении температуры), калориметрический метод измерения теплоемкости, измерение удельной поверхности адсорбента и т.д.; а также неповторимые однозначно опыты, например, изучение взрывов.
При однократных измерениях за абсолютную ошибку измерения принимают погрешность прибора.