Раздел 2. указания по выполнению лабораторных работ и индивидуальных расчетно-графических заданий
2.1 Методика выполнения лабораторной работы
В настоящем практикуме используются компьютерные модели, разработанные в рамках программы “Открытая химия”. Все лабораторные работы, запланированные в рамках данного курса, должны выполняться студентами индивидуально и самостоятельно.
Перед выполнением лабораторной работы необходимо тщательно изучить теоретический материал по теме (в инструкциях к работам указываются параграфы в учебниках и коротко изложены основные понятия и формулы).
Непосредственная работа на компьютере состоит в проведении одного или нескольких экспериментов, условия которых определяются индивидуально для каждого студента согласно инструкции. Затем предполагается обработка полученных результатов (математическая, статистическая или графическая) с целью получения тех или иных параметров и сравнение полученных данных со справочными.
Дома студент выполняет индивидуальное расчетно-графическое задание — отчет по лабораторной работе, который сдает преподавателю на проверку. Отчет засчитывается при условии выполнения всех заданий, перечисленных в инструкции, и при отсутствии ошибок. В противном случае отчет возвращается студенту для доработки. После проводится устное собеседование по контрольным вопросам, приведенным в конце каждой инструкции по работе.
2.2 Требования к оформлению отчета по лабораторной работе
Отчет по лабораторной работе, выполненный от руки, представляется на отдельных тетрадных листах или листах формата А4. В отчете должна содержаться следующая информация:
– фамилия, имя студента, номер группы, номер варианта задания (определяется по номеру компьютера, за которым работает студент, или согласно порядковому номеру студента в списке группы);
– краткое теоретическое введение с указанием цели работы, основных определений и формул, используемых в работе (не более 2 стр.);
– экспериментальная часть. Она включает в себя описание компьютерной модели (можно зарисовать), условий каждого из проводимых экспериментов и результатов, полученных в работе. Все экспериментальные данные и результаты расчетов заносятся в таблицы. При проведении вычислений необходимо подробно расписать методику расчета на нескольких примерах. В некоторых заданиях требуется по полученным данным построить графики и по значению тангенса угла наклона определить искомый параметр (допускается использование компьютерной программы Excel);
– выводы по работе (сравнить полученный результат со справочным значением, определить вид исследуемой зависимости и т.д.).
При написании отчета необходимо обратить внимание на следующие моменты:
– при подстановке числовых значений в формулы необходимо следить, чтобы все используемые величины были выражены обязательно в одной и той же системе единиц – СИ, и обязательно указывать размерность всех физических величин. В некоторых случаях в работах величины приводятся с использованием десятичных приставок, которые нужно обязательно учитывать при вычислениях. Кроме того, важно обращать внимание на степень точности окончательного результата: точность ответа не должна превышать точности, с которой даны исходные величины, а также правильно записывать порядок чисел (например, вместо записи 0,05·10-2 нужно указывать число 5·10-4).
– при статистической обработке данных необходимо конечный результат записывать в виде: y = ycp ± sу, где ycp – среднее значение искомого параметра, вычисленное по итогам n проведенных измерений, а sу – среднеквадратичное отклонение, по величине которого определяется степень разброса экспериментальных данных.
{Статистическую обработку результатов можно производить с помощью встроенного калькулятора (входит в набор стандартных программ). Для этого нужно выбрать “Вид” калькулятора – “инженерный” и включить кнопку “Sta” (откроется дополнительное окно). Набрать на клавиатуре нужное число и нажать кнопку “Dat” –набранное значение появится в этом окне. Повторить процедуру ввода со всеми используемыми данными. Если по ошибке внесено неверное значение, его можно удалить из памяти калькулятора: выделить неправильное значение в окне левой клавишей мыши и нажать кнопку “CD”. По окончании ввода данных (для самопроверки общее количество введенных значений также высвечивается в этом окне) нажать кнопку “Ave” – в строке калькулятора появится среднее значение, рассчитанное для всего числового массива; при нажатии кнопки “s” – высвечивается среднеквадратичное отклонение. Чтобы удалить все данные перед новым расчетом, нужно нажать кнопку “CAD”.
Статистическую обработку данных можно также осуществлять с использованием программы Excel. Для этого необходимо занести данные в строку или столбец книги, выделить ячейку, куда будет заноситься результат вычислений, и левой клавишей мыши нажать кнопку “fx“. В открывшемся окне “Мастер функций” выбрать категорию “статистические”, из перечня функций выбрать “СРЗНАЧ” и нажать “ОК”. В появившемся окне в графе “Число 1” указать область листа книги, по которой будут производиться вычисления: например, если 10 значений находятся в колонке А, в данную графу нужно с клавиатуры ввестиА1:А10. После нажать “ОК”. В выделенной ячейке появится требуемое значение. Вычисление среднеквадратичного значения проводится аналогичным образом, только выбирается статистическая функция “СТАНДОТКЛОН”.}
– при построении графика y = f(x) необходимо подписать, какие величины отложены по осям, указать их масштаб, нанести все экспериментальные точки и аккуратно соединить их линией. Если в ходе лабораторной работы требуется определить значение тангенса угла наклона полученной прямой (tg = Δу/Δх), то это можно сделать непосредственно из графика или исходя из экспериментальных значений, занесенных в таблицу. В последнем случае соотношение Δу/Δх рассчитывается по всем соседним столбцам таблицы, а полученные значения подвергаются статистической обработке, как описано выше.
{Методика построения графиков в программе Excel 2003. Ввести с клавиатуры численные значения переменных “х” и “у” в разные столбцы листа книги. Левой клавишей мыши выделить область листа с введенными значениями. На панели задач выбрать команды “Вставка” и “Диаграмма” – откроется окно “Мастер диаграмм”. Из перечня стандартных диаграмм нужно выбрать тип диаграммы “точечная” (а не “график”!), в окне “Вид” из предложенных вариантов выбрать такой, где бы экспериментальные данные обозначались точками (при этом с помощью кнопки “Просмотр результата” можно увидеть, как будет выглядеть будущий график) и нажать “Далее”. В окне появится вид диаграммы. Нажав кнопку “Ряд”, можно в открывшемся окне в графе “Имя” дать название приводимым на графике данным (оно появится в легенде), а также указать область значений “Х” и “Y” в соответствующих строках (полезно использовать в случае, если перепутаны оси). Если все устраивает, снова нажать кнопку “Далее”. Заполнить строчки “Название диаграммы“, “Ось Х” и “Ось Y” (указать, какие величины отложены по осям, в каких единицах они измеряются). Можно также, нажав кнопку “Подписи данных” и поставив галочку в строке “Значение Y”, вывести на диаграмму эти данные. По окончании нажать “Далее”. Выбрать, куда поместить диаграмму – на отдельный лист или на уже имеющийся, и нажать “Готово”.
Если требуется определить значение тангенса угла наклона прямой, то надо выделить мышью область диаграммы, а на панели задач выбрать команды “Диаграмма” и “Добавить линию тренда”. При этом откроется окно “Линия тренда”, в котором выбирается команда “Линейная”, затем, щелкнув по команде “Параметры”, поставить галочку в графе “Показывать уравнение на диаграмме” и нажать “ОК” – на диаграмме появится уравнение вида у = a·x + b, где коэффициент а и есть требуемая величина.
График, построенный в Excel, распечатывается и прикладывается к отчету.}