Главное назначение лабораторных занятий по физике – приобретение студентами необходимых умений и навыков в проведении физического эксперимента. При этом студенты должны проверить основные физические закономерности явлений, познакомиться с методами измерений и правилами обработки результатов измерений, научиться обращению с современной научной аппаратурой.

Студенты выполняют лабораторные работы по графику, имеющемуся в аудитории.

Каждому занятию предшествует предварительная подготовка студента, которая включает в себя:

а) ознакомление с содержанием лабораторной работы по методическим указаниям к ней;

б) проработку теоретической части по учебникам, рекомендованным в методических указаниях;

в) составление бланка отчета по лабораторной работе

Отчет» должен содержать:

1) название лабораторной работы;

2) цель;

3) задачу;

4) приборы и принадлежности;

5) таблицу для занесения метрологических характеристик измерительных приборов;

6) теоретическую часть (основные понятия и законы);

7) описание метода измерений и установки;

8) таблицы для записи в них результатов измерений.

Студент должен помнить, что методические указания к лабораторным работам являются только основой для их выполнения. Теоретическую подготовку к каждой лабораторной работе необходимо осуществлять с помощью учебной литературы.

К выполнению новой (следующей) работы допускаются студенты, сдавшие отчет по предыдущей лабораторной работе и успешно прошедшие собеседование с преподавателем. Студенты, получившие допуск, приступают к выполнению лабораторной работы. В лаборатории необходимо строго соблюдать правила техники безопасности. В ходе занятия запрещается заниматься посторонними делами, подходить к другим установкам и мешать выполнению работ студентами.

Первый этап практической части работы – ознакомление студентов с предложенными инструментами, приборами и аппаратурой. При этом особое внимание уделяется определению метрологических характеристик измерительных приборов в которые входят: диапазон измерений, цена делений, класс точности (для стрелочных электроизмерительных приборов), погрешность измерений. Эти характеристики, выраженные в тех единицах, в которых снимаются показания с приборов, заносятся в метрологическую таблицу.

Следующий этап выполнения работы – монтаж, наладка экспериментальной установки (если это необходимо). Монтаж установки, выполненный студентом, должен быть проверен преподавателем или лаборантом. Только после этой проверки студент приступает к самостоятельному выполнению работы. При первых наблюдениях никаких отсчетов и записей производить не следует. Лишь после того, как студент несколько раз проследит явление, научится управлять установкой и проведет так называемые «прицелочные измерения», можно приступить к записи показаний приборов.

Результаты измерений заносятся в таблицу, представленную в методических указаниях или составленную студентом. При этом в таблицу записываются обозначения и единицы измерения каждой физической величины. Полученные результаты представляются преподавателю. Затем с разрешения преподавателя нужно выключить установку.

По окончании практической части работы студент завершает оформление отчета по лабораторной работе. Для этого отчет, оформленный при подготовке к занятию, дополняется следующим содержанием:

1) таблицей с результатами измерений;

2) обработкой результатов всех прямых и косвенных измерений;

3) расчетом искомых величин в единицах СИ;

4) графиками (если это необходимо);

5) выводами.

В конце занятия полностью оформленный отчет по лабораторной работе сдается преподавателю. Защита лабораторной работы проводится на следующем занятии и включает в себя такие элементы, как:

а) собеседование по экспериментальной части работы;

б) обсуждение результатов выполнения работы;

в) ответы студентов на контрольные вопросы, имеющиеся в методических указаниях к лабораторным работам.

По окончании занятия студенты приводят в порядок рабочие места, а принадлежности к лабораторной работе сдают лаборанту.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

ЛАБОРАТОРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

Задача измерений

Изучение физических явлений в большинстве случаев связано с измерениями. Вообще без измерения немыслима практическая деятельность человека. Приходится измерять длину, отсчитывать время, взвешивать тела, назначать допуски на изготовление деталей и т.д.

При измерении любой величины мы никогда не получаем истинного значения. Вследствие несовершенства измерительных приборов, методов измерения, неполноты наших знаний, трудности учета всех побочных явлений при измерениях неизбежны погрешности. В результате измерений можем указать лишь интервал возможных значений измеряемой величины.

Таким образом, задача измерения состоит в установлении интервала, внутри которого находится истинное значение измеряемой величины. Другими словами, задача измерения – получение числового значения физической величины с указанием величины возможной ошибки. Без такой информации о точности измерения его результат бесполезен.

Виды измерений

Различают два вида измерений: прямые и косвенные. При прямых измерениях искомая величина находится непосредственно с помощью измерительного прибора, например, измерение времени – секундомером, измерение тока – амперметром и т.д.

При косвенных измерениях искомая величина определяется в результате математических действий над результатами прямых измерений. Например, вычисление плотности тела производится путем деления массы на объем тела, измеренных непосредственно.

Типы погрешностей измерений

По характеру происхождения погрешности (ошибки) измерения можно разделить на три типа:

1. Промахи или грубые ошибки. Это – ошибки, возникающие в результате небрежности отсчета по приборам, неверной записи показаний и т.п. Такие ошибки следует устранять повторными измерениями.

2. Систематические ошибки. Это – ошибки, сохраняющиеся при повторных измерениях. Причины их различны: а) погрешность прибора (например, стрелка амперметра не стоит на нуле при отсутствии тока); б) отсутствие учета влияния внешних факторов (например, взвешивание тела без учета действия на него выталкивающей силы воздуха). Систематические ошибки учитывают поправками.

3. Случайные ошибки. Это – ошибки, которые проявляются в разбросе результатов при повторных измерениях. Случайные ошибки обусловливаются большим числом случайных причин, которые действуют в каждом отдельном измерении различным неизвестным образом. Например, на результате взвешивания могут отразиться колебания воздуха, пылинки, садящиеся на призмы микровесов и слетающие с них, различное трение. Случайные ошибки заметно обнаруживаются лишь при достаточно высокой чувствительности приборов.