Вступне заняття № 1

ВСТУП

Лабораторні роботи з фізики з основами біофізики сприяють кращому засвоєнню студентами теоретичного матеріалу курсу, а головне, набуттю навичок самостійної експериментальної роботи з цієї дисципліни. У процесі виконання робіт майбутні фахівці сільськогосподарського виробництва навчаються користуватися фізичними приладами і обладнанням, що використовуються в сучасній аграрній науці й практиці. Методичні вказівки до лабораторно-практичних робіт охоплюють всі розділи курсу фізики та елементи біофізики відповідно до типової навчальної програми для студентів аграрного профілю. Враховуючи, що дана дисципліна викладається студентам перших курсів і безпосередньо пов’язана з курсом шкільної фізики (дисципліни, що не є профільною для аграрних вузів), автори методичної розробки намагалися викласти матеріал достатньо широко, доступно та послідовно.

У кожній лабораторній роботі дається її назва, мета виконання, прилади та обладнання, що використовуються в ній, виноситься перелік основних теоретичних понять та законів, які будуть необхідні студенту при виконанні даної роботи. Потім наводяться короткі теоретичні відомості щодо явищ, які вивчаються в роботі, з виведенням робочої формули, користуючись якою будуть обчислюватися шукані величини. Для наочності робоча формула кожної роботи обведена в рамку. Послідовність практичних дій студента викладена в розділі "Порядок виконання роботи", який закінчується таблицею, куди заносяться чисельні значення виміряних і обчислених величин та похибки їх визначення. У кінці кожної роботи подані контрольні питання для самоперевірки знань.

В методичні вказівки включені два вступних розділи: "Елементи теорії похибок" і "Вимірювальні прилади". У першому викладені основи методів визначення похибок вимірюваних величин, а в другому – конструкція і принцип дії механічних та електровимірювальних приладів.

Лабораторні роботи виконуються групами по 2–3 студента відповідно до графіка, який доводиться до відома студентів на вступному занятті. Студенти готуються до робіт самостійно з використанням даних методичних вказівок, вказаних літературних джерел та прослуханого лекційного матеріалу. Підготовку до лабораторної роботи необхідно починати за декілька днів до її виконання, щоб у випадку необхідності був час звернутися до викладача за консультацією.

Лабораторні роботи оформляються студентом у спеціальному зошиті у вигляді протоколу, в якому зазначається назва та мета роботи, містяться теоретичні відомості (суть явища, що вивчається, отримання робочої формули), порядок виконання роботи, таблиця, в яку заносяться дані вимірювань і обчислень.

На початку кожного заняття викладач перевіряє знання студентом мети роботи, теоретичних основ явищ, що вивчаються, вміння користуватися вимірювальними приладами. При належному рівні підготовки студент допускається до проведення досліджень. По кожній роботі викладач оцінює рівень теоретичних знань студента і виставляє відповідну оцінку в журналі. По завершенню експерименту студент виконує розрахунки до роботи і захищає її у викладача, представивши відповідь у стандартному вигляді (з визначенням середнього арифметичного значення шуканої величини, абсолютної і відносної похибок).

Систематична робота студента над теоретичним матеріалом та самостійне, вдумливе виконання лабораторних робіт є запорукою успішного засвоєння матеріалу курсу.

ЕЛЕМЕНТИ ТЕОРІЇ ПОХИБОК

В основі будь-якої науки, у тому числі й фізики, лежать експерименти. Головною частиною експерименту є вимірювання.

Вимірювання –це порівняння деякої величини із стандартною, що прийнята за одиницю, величиною.

Вимірювання бувають прямими (безпосередніми) і непрямими (опосеред-кованими). Помилки, які допускає експериментатор при отриманні чи обробці результатів, називають похибками.

І. ПОХИБКИ ПРЯМИХ ВИМІРЮВАНЬ

При прямому вимірюванні чисельне значення величини отримують як результат безпосереднього її порівняння із одиничною величиною. Вимірювання виконують за допомогою технічних вимірювальних засобів:

– інструментів – мір вимірювання (метр, гиря тощо);

– вимірювальних приладів (секундомір, амперметр тощо);

– вимірювальних установок.

Вимірювальна техніка і методи вимірювань не можуть бути досконалими, тому і отримувані результати вимірювань завжди наближені. Одним із завдань теорії похибок є вивчення способів отримання якомога більш точного результату вимірювання і оцінки ступеня його надійності (точності).

Класифікація похибок вимірювань

Розрізняють систематичні та випадкові похибки і промахи.

Систематичні похибки зумовлені несправністю вимірювальної техніки або недосконалістю способів вимірювання (укорочений метр, зігнута стрілка гальванометра тощо). Їх характерною особливістю є повторюваність при кожному вимірюванні. Значно зменшити, або зовсім позбавитися від систематичних похибок можна шляхом уважного попереднього вивчення вимірювальних інструментів і приладів, методик і умов експерименту.

Випадкові похибки – це похибки, які при вимірюванні будь-якого параметра змінюють свою величину і знак без будь-якої видимої причини: коливання напруги в мережі, коливання температури тощо. Передбачити їх неможливо, однак, характерною їх особливістю є те, що при багаторазових повторних вимірюваннях похибки однакової величини в бік збільшення і зменшення зустрічаються однаково часто. Тому алгебраїчна сума випадкових похибок багаторазових вимірювань прямує до нуля. Звідси випливає основний метод боротьби із випадковими похибками: вимірювання величини необхідно повторити якомога більше разів і середнє арифметичне всіх результатів вважати найбільш близьким до істинного значення вимірюваної величини:

,

де а ₁, а ₂,..., а _n – результати окремих вимірювань даної фізичної величини; n – кількість вимірювань.

Отже, істинне чисельне значення вимірюваної величини а визначається як середньоарифметичне числових значень багаторазових вимірювань:

а _серед. = а ₀.

В подальшому, середньоарифметичне позначення а _серед. позначається а ₀.

Промахи – це похибки, що допускаються внаслідок недбалості, неуважності тощо (наприклад замість 5,38 записується 53,8 тощо).

За змістом і критеріями оцінки точності вимірювання похибки поділяють на абсолютні та відносні.

Абсолютною похибкою окремого вимірювання називають різницю цього вимірювання а_n і середньоарифметичного значення а₀ всіх окремих вимірювань:

,

,

........................

.

Середньою абсолютною похибкою всього вимірювання називають середнє арифметичне абсолютних значень абсолютних похибок окремих вимірювань:

.

У подальшому будемо називати абсолютною похибкою.

Існує дві форми запису вимірюваної величини з урахуванням абсолютної похибки:

,

або

.

Таким чином, абсолютна похибка є розмірною величиною, яка показує межі, між якими знаходиться істинне значення вимірюваної величини. Якщо число точне, то його похибка дорівнює нулю.

Відносною похибкою називають виражене у відсотках відношення абсолютної похибки до середнього значення вимірюваної величини.:

%.

Відносна похибка – показник точності вимірювання.

Кінцева відповідь щодо значення вимірюваної величини записується у вигляді:

  (одиниці виміру); ε = n %

ІІ. ПОХИБКИ НЕПРЯМИХ (ОПОСЕРЕДКОВАНИХ) ВИМІРЮВАНЬ

При фізичних дослідженнях часто доводиться оперувати величинами, що виміряні не безпосередньо, а обчислені за результатами прямих вимірювань інших величин. Похибка кінцевого результату, в цьому випадку, залежить як від похибок прямих вимірювань, так і від характеру тих формул, за допомогою яких проводиться обчислення.

Дата добавления: 2015-05-24