Прилади не можна розбирати та розгвинчувати. 1 страница

Лабораторна робота № 1

Тема

Дослідження впливу вимірювальних приладів на результати вимірювань та визначення похибок вимірювання

2 Мета і завдання

2.1 З’ясувати, як впливають вимірювальні прилади на точність отриманих результатів.

2.2 Навчитись відбирати вимірювальні прилади відповідно до мети експерименту.

2.3 Навчитися визначати різними способами абсолютні та відносні похибки прямих вимірювань.

3 Інформаційне забезпечення

3.1 Л. С. Жданов, Г. Л. Жданов. Фізика (§§ 5.1 – 5.4).

3.2 Практикум по физике в средней школе: Дидакт. Материал: Пособие для учителя:/ Л.И.Анциферова, В.А.Буров и др.; Под ред. В.А.Бурова, Ю.И.Дика.- К.: Рад.Шк., 1990.- 176с..

4 Технічне забезпечення

4.1 Учнівська лінійка, рулетка, штангенциркуль, мікрометр, міліамперметр, амперметр, вольтметр, авометр, зошит, монета.

При виконанні роботи треба обережно поводитися з вимірювальними засобами. Забороняється позичати будь – які прилади у інших робочих груп, щоб запобігти їх падінню та травмуванню гострими частинами вимірювальних засобів.

5 Теоретичні відомості

Абсолютну похибку вимірювання величини можна обчислити різними способами:

1) за ціною поділки;

Використовується при прямих вимірюваннях. Якщо на приладі не вказано клас точності, а вимірювання виконують один раз, абсолютна похибка дорівнює добутку половини ціни поділки С приладу (за виключенням лінійки) та кількості вимірів: Dх =(С/2)∙n.

Відносна похибка при цьому дорівнює: d=ïDхï×100%/х_вим, де х_вим – виміряне значення величини.

2) методом середнього арифметичного;

Використовується при прямих та непрямих вимірюваннях. Якщо точність приладу не досить висока, а експеримент повторюється в однакових умовах і трапляються випадкові помилки, використовують метод середнього арифметичного. Нехай х₁, х₂ , х₃ , ... , х_n - результати окремих вимірювань даної величини x; n – кількість окремих вимірювань. Середнє арифметичне значення з цих результатів х_с=(х₁+х₂+х₃+...+х_n)/n є величиною, найбільш наближеною до дійсного значення. Різниці: Dх₁ =ïх_c – х₁ï; Dх₂ =ïх_с – х₂ï; Dх₃ =ïх_с – х₃ï,... Dх_n =ïх_с – х_nï є абсолютними похибками кожного з вимірювань. Середня абсолютна похибка знаходиться за формулою:Dх_c=(Dх₁ +Dх₂+Dх₃+…+Dх_n)/ n

Відносна похибка дорівнює: d=ïDх_cï×100 %/х_c. Результат записують у вигляді: x=x_c±Dx_c.

3) за табличними значеннями.

Якщо вимірювана величина може порівнюватися з табличним значенням, тоді абсолютну похибку знаходять за формулою: Dx=ïх_таб – х_вимï. Відносна похибка:

d=(ïDхï×100 %)/х_вим.

Виконання роботи

6.1 Завдання №1

6.1.1 Визначити ціну поділки всіх наявних вимірювальних приладів.

6.1.2 Результати занести до таблиці №1.

Таблиця 1

Назва приладу	Ціна поділки
1. Учнівська лінійка	С=
2. Рулетка	С=
3. Штангенциркуль	С=
4. Міліамперметр	С=
5. Амперметр	С=
6. Авометр	С=

6.2 Завдання №2

6.2.1 Виміряти лінійні розміри невеликого предмету (за вашим вибором) всіма придатними для цього вимірювальними приладами.

6.2.2 Результати занести до таблиці №2.

Таблиця №2

№ з/п	Назва приладу	Довжина ( )	Ширина ( )	Товщина ( )
1.	Учнівська лінійка
2.	Рулетка
3.	Штангенциркуль

Порівняти результати вимірювань і зробити висновок:

6.3 Завдання №3

6.3.1 Вибрати доцільний прилад і виміряти товщину зошита, діаметр монети, висоту стола, довжину кімнати.

6.3.2 Результати записати у таблицю № 3.

Таблиця №3

№ з/п	Вимірювана величина	Вимірювальний прилад	Ціна поділки приладу	Результат вимірювання
1.	Товщина зошита		С=
2.	Діаметр монети		С=
3.	Висота столу		С=
4.	Довжина кімнати		С=	l=

Завдання №4

6.4.1 Виміряти лінійкою довжину сторінки в зошиті та записати результат вимірювання з абсолютною та відносною похибками:

l_вим.± Dl; (ïDlï×100 %)/ l_вим

6.4.2 Виміряти об’єм води в мензурці і записати результат вимірювання з абсолютною та відносною похибками:

V_{вим. .}± DV; (ïDVï×100 %)/ V_вим

6.4.3 Виміряти декілька разів опір реохорда мультиметром та обчислити абсолютну

та відносну похибки вимірювання методом середнього арифметичного.

R=R_сер+DR_сер; (ïDR_серï×100 %)/ R_сер;

№	Спосіб розрахунку похибок вимірювання	R,Ом	DR,Ом	dR, %
1	Спосіб середнього арифметичного	R1= R2= R3= Rсер=	Δ R1= ΔR2= ΔR3= ΔRсер=

Таблиця №4

Висновок

Контрольні запитання

1. Чи впливає ціна поділки на точність вимірювань? Як?
2. Чому дорівнює ціна поділки термометра, у якого на вимірювальній шкалі між нумерованими поділками 0⁰ і 10⁰С міститься 20 дрібних поділок?
3. За яких умов можна визначати похибки методом середнього арифметичного?

8 Місце для розрахунків

Лабораторна робота № 2

Тема

Перевірка закону Бойля – Маріотта

2 Мета і завдання

2.4 Дослідним шляхом переконатися, що при постійній масі газу добуток його тиску та об’єму при зміні цих параметрів залишається сталою величиною.

3 Інформаційне забезпечення

3.3 Л. С. Жданов, Г. Л. Жданов. Фізика (§§ 5.1 – 5.4).

4 Технічне забезпечення

4.2 Мензурка з водою; скляна трубка; вимірювальна лінійка; барометр.

При виконанні роботи треба обережно поводитися з мензурками та скляними трубками. Забороняється позичати будь – які прилади у інших робочих груп, щоб запобігти їх падінню та травмуванню розбитим склом.

5 Теоретичні відомості

Перевірка закону Бойля-Маріотта полягає в дослідженні газу (повітря) сталої маси при незмінній температурі. Дослідження газу проводиться в скляній трубці, що закрита з одного боку (див. рисунок 2.1 а)). Для перевірки закону треба мати декілька значень тиску Р_N і об’єму V_N цього газу.

Початкові значення тиску Р₁ та об’єму V₁ беруться, коли трубка знаходиться у повітрі, тобто тиск газу дорівнюватиме атмосферному, а об’єм повітря – внутрішньому об’єму всієї трубки. Значення атмосферного тиску в момент виконання роботи визначається за показами наданого барометру, а об’єм газу розраховується за формулою:

(1), де: А - площа внутрішнього перерізу трубки; l₁ - довжина повіт-

ряного стовпчика в першому досліді, тобто довжина трубки від її відкритого кінця до закритого. Враховуючи, що переріз трубки має форму кола, його площа: (2), де d - внутрішній діаметр трубки, який вимірюється за допомогою штангенциркуля.

Після цього, маючи числові значення P₁ і V₁, знаходиться коефіцієнт С₁, який є константою: (3). Для зміни тиску і об’єму повітря надану трубку занурюють відкритим кінцем у колбу з водою на визначену глибину H_N (див. рисунок 2.1 б)). Це призводить до того, що деяка кількість води висотою стовпчика Dh_N заходить всередину трубки і стискує газ. Отже, об’єм газу зменшується, а тиск - збільшується, проте маса газу та його температура залишаються сталими, оскільки газ з трубки не виходить, а температура води така сама, як і температура повітря.

Для подальшої зміни параметрів досліду P і V трубку занурюють ще декілька разів на більші глибини, що дає можливість отримати декілька значень тисків та об’ємів.

Об’єм розраховується за формулою, аналогічною (1): (4), де l_N - довжина повітряного стовпчика після того, як у трубку зайшла вода (5).

Тиск повітря P_N в зануреній трубці знаходиться як сума гідростатичного тиску води висотою стовпчика h_N і атмосферного тиску P₁ : (6), де r - густина води при кім-

натній температурі; g - прискорення вільного падіння.

Стовпчик води h_N, що додатково тисне на повітря в трубці, знаходиться за даними експерименту (див. рис. 2.1.б)): (7). Маючи всі значення P_N і V_N, розраховують всі коефіцієнти С_N за формулою аналогічною формулі (3): (8), після чого знаходять середнє значення коефіцієнту С_сер (9).

Потім - абсолютні похибки кожного вимірювання DС_N : (10).

Далі - середню абсолютну похибку:

(11). Знаходженням відносної похибки усього досліду завершуємо оцінку точності проведеного експерименту: (12).