При выполнении лабораторных работ

ПО КУРСУ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

Методические указания для студентов всех форм обучения

всех специальностей

Екатеринбург 2004

УДК 533.7:536.63

Составители А.Ю. Бункин, П.В. Ситников

Научный редактор доц., канд. физ.-мат. наук А.Н. Башкатов

ПОСТРОЕНИЕ И АНАЛИЗ ГРАФИКОВ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО КУРСУ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ: Методические указания /А.Ю. Бункин, П.В. Ситников. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 2004. 10 с.

В методических указаниях изложены основные правила построения и оформления графиков по результатам физического эксперимента. Указания предназначены для использования студентами УГТУ при оформлении отчетов по лабораторным работам по курсу общей физики.

Библиогр.: 3 назв. Рис. 5.

Подготовлено кафедрой физики.

Ó Уральский государственный

технический университет, 2004

Введение

Оформление результатов эксперимента в виде графиков является составной частью большинства лабораторных работ по курсу общей физики. Дело в том, что графическое представление результатов любых изменений является наиболее наглядным и дает максимум информации на минимальном пространстве. Построив график, мы сразу выявляем характерные особенности изучаемых зависимостей: области возрастания и убывания, максимумы и минимумы, области наибольшей скорости изменения, периодичность и др. Обработка графиков позволяет найти соотношения между изучаемыми величинами, т.е. вид функции y = f(x), и на основании этого сделать вывод о характере и особенностях физического процесса.

Выбор координатных осей

Построение графика проводится на миллиметровой бумаге, на которой наносят координатные оси. По оси абсцисс, как правило, откладывают переменную, принятую за независимую (аргумент), а по оси ординат – функцию. Так, например, при снятии вольтамперной характеристики прибора (т.е. зависимости силы тока от напряжения) по оси абсцисс откладывают напряжение, а по оси ординат – силу тока.

Выбор интервалов

Интервалы изменения величин по обеим осям выбирают независимо друг от друга так, чтобы на графике была представлена лишь экспериментально исследованная область, а сам график занимал бы все поле чертежа. При этом начало координат (точку (0,0)) не обязательно помещать на графике. Например, если в процессе измерений сопротивление какого – либо резистора возрастает от 450 до 800 Ом, то на графике явно неразумно изображать область сопротивлений ниже 400 Ом.

Выбор масштаба и нанесение шкал по осям

За единицу масштаба выбирают отрезки, кратные 5, 10, 50 мм, позволяющие легко отсчитывать на миллиметровой бумаге доли делений миллиметровой сетки. Расстояние между соседними делениями шкалы (единица масштаба) должно соответствовать «круглому» числу единиц измеряемой величины (1,2,5 или те же цифры, умноженные на 10ⁿ). В конце указывается откладываемая величина и ее размерность. Множитель 10 , определяющий порядок величины, включается в единицы измерений, например: «U, мкВ», или “U´10⁶, В.

Нанесение точек и проведение кривой по

экпериментальным точкам

Точки на график следует наносить точно и тщательно, обводя их кружком или иным знаком. Если на одном графике представляют результаты двух зависимостей, то изображают две оси ординат (с правой и с левой стороны графика, каждая со своим масштабом), а экспериментальные точки, относящиеся к разным зависимостям, обозначают разными значками (кружками, квадратиками и т.д.). Пример изображения такого графика дан на рис.1.

Нельзя проводить экспериментальную кривую, соединяя нанесенные точки ломаной линией! По нанесенным точкам проводят «наилучшую» кривую так, чтобы она прошла по возможности ближе к экспериментальным точкам, а точки эти располагались примерно поровну по обеим сторонам линии. Кривая не должна заслонять экспериментальных точек, поскольку точки – результат опыта, а кривая – наше толкование результатов.

В большинстве случаев ход изучаемой зависимости заранее известен, а пример графика приведен в руководстве к лабораторной работе. Поэтому при построении графика необходимо представлять характер зависимости, а при проведении кривых следует использовать заранее известные точки (например, то, что при напряжении на концах проводника, равном нулю, сила тока также должна быть равна нулю). Если же опытные данные дают зависимость, резко отличающуюся от «теоретической», то это означает, что измерения следует провести заново, предварительно проконсультировавшись у преподавателя.

Систематические и случайные погрешности результатов измерений могут быть оценены методами математической статистики и теории вероятностей (см. пособие кафедры физики «Математическая обработка результатов измерений в лаборатории физического практикума» /Е.Д.Плетнева, П.С. Попель, В.А. Овчинников и др.). Однако в процессе любых измерений возможны случайные «выбросы», т.е. отдельные измерения могут давать результаты, резко выпадающие из общего хода зависимости. Это может быть обусловлено, в частности, дефектами установки. Такие результаты (если они единичные) следует просто отбрасывать и не учитывать при построении графика.