- •Оценка погрешностей измерений при выполнении лабораторных работ по физике
- •Абсолютная погрешность измерения
- •Относительная погрешность измерения
- •Погрешности прямых измерений
- •Погрешности косвенных измерений
- •Использование таблиц, построение графиков, сравнение результатов экспериментов с учетом погрешностей. Запись окончательных результатов
- •Погрешность взвешивания
- •Инструментальные погрешности электроизмерительных приборов
- •Систематические погрешности.
- •Случайные погрешности
Оценка погрешностей измерений при выполнении лабораторных работ по физике
Выполнение лабораторных работ связано с измерением различных физических величин и последующей обработкой полученных результатов. Поскольку не существует абсолютно точных приборов и других средств измерения, следовательно, не бывает и абсолютно точных результатов измерения. Погрешности возникают при любых измерениях, и только правильная оценка погрешностей проведенных измерений и расчетов позволяет выяснить степень достоверности полученных результатов.
Абсолютная погрешность измерения
Рисунок
1
Итак, абсолютная погрешность показывает, насколько неизвестное экспериментатору истинное значение измеряемой величины может отличаться от измеренного значения.
Результат измерения с учетом абсолютной погрешности записывают так:
Относительная погрешность измерения
Значение абсолютной погрешности все же не позволяет в полной мере оценить качество наших измерений. Если, например, в результате измерений установлено, что длина стола с учетом абсолютной погрешности равна (100± 1) см, а толщина его крышки равна (2 ± 1) см, то качество измерений в первом случае выше (хотя граница абсолютной погрешности измерений в обоих случаях одинакова). Качество измерений характеризуется относительной погрешностью ε, равной отношению абсолютной погрешности ΔX к значению величины Xпр, получаемой в результате измерения:
.
При выполнении лабораторных работ выделяют следующие виды погрешностей: погрешности прямых измерений; погрешности косвенных измерений; случайные погрешности и систематические погрешности.
Погрешности прямых измерений
Прямое измерение - это такое измерение, при котором его результат определяется непосредственно в процессе считывания со шкалы прибора. В нашем первом примере с определением диаметра стержня речь шла как раз о таком измерении. Погрешность прямого измерения обозначается значком Δ. Если вы умеете правильно пользоваться измерительным прибором, то погрешность прямого измерения зависит только от его качества и равна сумме инструментальной погрешности прибора (Δ и) и погрешности отсчета (Δ 9). Таким образом: Δ = Δ и + Δ о
Инструментальная погрешность измерительного прибора (Δи) определяется на заводе-изготовителе. Абсолютные инструментальные погрешности измерительных приборов, чаще всего используемых для проведения лабораторных работ, приведены в таблице 1.
Таблица 1
Средства измерения |
Предел измерения |
Цена деления |
Инструментальная погрешность |
Линейка ученическая |
До 30 см |
1 мм |
1 мм |
Линейка чертежная |
До 50 см |
1 мм |
0,2 мм |
Линейка инструментальная (стальная) |
До 30 см |
1 мм |
0,1 мм |
Линейка демонстрационная |
100 см |
1 см |
0,5 см |
Лента измерительная |
150 см |
0,5 см |
0,25 см |
Измерительный цилиндр |
до 250 мл |
1 мл |
1 мл |
Штангенциркуль |
150 мм |
0,1 мм |
0,05 мм |
Микрометр |
25 мм |
0,01 мм |
0,005 мм |
Динамометр учебный |
4 Н |
0,1 Н |
0,05 Н |
Секундомер электронный |
100 с |
0,01 с |
0,01 с |
Барометр-анероид |
720-780 мм.рт.ст |
1 мм.рт.ст. |
3 мм.рт.ст. |
Термометр спиртовой |
0-100оС |
1оС |
1оС |
Термометр ртутный |
До 250оС |
1оС |
0,5оС |
Амперметр школьный |
2 А |
0,1 А |
0,05 А |
Вольтметр школьный |
6 В |
0,2 В |
0,15 В |
Погрешность отсчета измерительного прибора (Δ о) связана с тем, что указатель прибора не всегда точно совпадает с делениями шкалы. В этом случае погрешность отсчета не превосходит половины цены деления шкалы.
Поэтому абсолютную погрешность прямого измерения находят по формуле ., где с - цена деления шкалы измерительного прибора.
Учитывать погрешность отсчета надо только в тех случаях, когда указатель прибора при измерении находится между нанесенными на шкалу прибора делениями. Не имеет смысла учитывать, погрешности отсчета у цифровых измерительных приборов.
Одновременно учитывать обе составляющие погрешности прямого измерения следует лишь в том случае, если их значения близки друг к другу. Любым из этих слагаемых можно пренебречь, если оно не превосходит одной трети или одной четверти второго. В этом состоит так называемое правило "ничтожных погрешностей".