Правила построения графиков

Что такое физический эксперимент.

Цели физического эксперимента

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Указание погрешности есть одно из обязательных правил для тех, кто публикует результаты своих измерений[8].

Отчет по лабораторной работе – есть публикация Ваших измерений.

Всякая лабораторная работа, которую вы будете делать, есть маленький физический эксперимент. А всякий физический эксперимент состоит из следующих трёх этапов.

Этап 1. Подготовка экспериментальной установки.

Это очень важный и трудный этап. Нужно где-то приобрести приборы, материалы – например, лазер, линзы, провода, конденсаторы…. Потом надо всё это собрать вместе, настроить, много раз проверить. Наконец, надо, чтобы всё это выглядело не очень страшно, а лучше – красиво.

К счастью для Вас, мы этот этап мы выполнили сами. Вам осталось немного. Например, включить напряжение, иногда собрать простую электрическую схему, расставить в удобном порядке оборудование, начертить в рабочей тетради таблицы для записи результатов измерений.

Этап 2. Проведение измерений.

С помощью собранной и настроенной установки в определённом порядке измеряются некоторые физические величины, а полученные цифры обязательно и очень аккуратно заносятся в заранее заготовленные таблички. Это очень ответственный этап, требующий собранности и точности действий. Например, иногда приходится быстро измерять сразу несколько величин, поэтому надо быть достаточно ловким, либо работать с напарником (а то и в большем составе). Есть и другие проблемы на этом этапе, но это – лекции на другую тему.

Этап 3. Обработка результатов измерений.

На этом этапе происходит работа с числами, записанными в таблицах. Используя их, экспериментатор вычисляет, строит графики, думает и делает выводы.

Ясно, что третий этап невозможен без второго, но и второй этап имеет мало смысла без третьего. Целью данных лекций является подробное обсуждение третьего этапа, то есть обработки результатов измерений. И всё же главное в физическом эксперименте – это измерения. Измерения – суть эксперимента. От того, как внимательно, как аккуратно они проделаны, зависит чистота эксперимента, его польза.

Результат экспериментального исследования зависимости одной величины от другой очень наглядно иллюстрирует график зависимости. Рассмотрим для примера график, изображённый на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Вольтамперная характеристика фотодиода

На этом рисунке вольтамперная характеристика, то есть кривая зависимости силы тока на аноде I от напряжения между анодом и катодом U, выглядит в виде плавно изогнутой линии, которая с ростом напряжения постепенно превращается в прямую, параллельную оси абсцисс (оси напряжения), отражая явление насыщения фототока. Построена эта линия по восьми экспериментальным точкам, причём только одна из точек лежит на кривой. Но это вполне допустимо. Дело в том, что экспериментальная точка представляет собой два результата измерения – напряжения и тока. Каждый из этих результатов обладает погрешностью, эти погрешности и изображены около каждой точки в виде двух доверительных интервалов с центрами в экспериментальной точке: вертикальный интервал – это доверительный интервал результата измерения силы тока, его ширина равна 2D I, горизонтальный интервал – это доверительный интервал результата измерения напряжения, его ширина равна 2D U. Так как доверительный интервал есть множество возможных результатов измерения, то кривую зависимости I (U) совсем не обязательно проводить строго через экспериментальные точки, достаточно, чтобы эта кривая прошла через доверительные интервалы всех экспериментальных точек.

Итак, последовательность действий при построении графика такова.

· Выбрать рациональный масштаб величин, изображаемых на графике, так чтобы экспериментальные точки разместились на всей площади графика, а не в какой-то небольшой её части.

· Начертить оси графика и расставить на них масштабные метки. Метки должны располагаться на одном и том же расстоянии друг от друга и не слишком часто, чтобы не загромождать рисунок. Рядом с метками надо проставить опорные числа – значения величин, соответствующих масштабным меткам. Разрешается, чтобы отличие соседних опорных чисел друг от друга было таким: (Δ1; Δ2; Δ5) единиц, или (Δ0,1; Δ0,2; Δ0,5) единиц, или (Δ10; Δ20; Δ50) единиц и так далее. Опорные числа можно проставлять не у всех меток – метки на осях могут быть расположены в 2 или в 5 раз чаще, чем числа. Кроме опорных чисел и масштабных меток, никакие другие числа и метки у осей графика отмечать нельзя.

· Нанести на график экспериментальные точки в виде не закрашенных кружочков диаметром примерно 2 мм. Вокруг каждой из точек нанести два доверительных интервала – вертикальный и горизонтальный. Доверительный интервал можно не наносить только в том случае, если его геометрический размер меньше диаметра экспериментальной точки, то есть менее 2 мм. Рассчитывают доверительные интервалы обычно только для двух крайних точек графика, остальные интервалы наносят приблизительно – так, чтобы их размеры были промежуточными между размерами интервалов крайних точек.

· С помощью лекала проводят плавную линию так, чтобы она пересекла доверительные интервалы всех экспериментальных точек, сами точки не обязательно должны попасть на линию.

· Указать номер рисунка и подписать его.

Дата добавления: 2014-01-07