ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.12.2021
Просмотров: 1796
Скачиваний: 3
ЗМІСТ
-
Лабораторна робота №1-3. Вивчення центрального удару куль 28
-
Лабораторна робота №1-4. Визначення швидкості кулі з допомогою балістичного маятника 36
-
Лабораторна робота №1-6. Визначення моментів інерції тіл з допомогою трифілярного підвісу. 41
-
Лабораторна робота №1-7. Визначення моменту інерції маятника Обербека 46
-
Лабораторна робота №1-8. Визначення моментів інерції тіл методом крутильних коливань 49
-
Лабораторна робота №1-10. Визначення моментів інерції тіл на основі збереження енергії 64
-
Лабораторна робота №1-12. Визначення кінематичних характеристик гіроскопа 89
-
Лабораторна робота №1-13. Визначення коефіцієнта тертя кочення 81
-
Лабораторна робота №1-14. Визначення коефіцієнта в’язкості рідини методом Стокса 87
-
Принцип дії і основні характеристики електровимірювальних приладів 92
-
Лабораторна робота №2-1. Дослідження електростатичного поля методом моделювання 99
-
Лабораторна робота №2-2. Вимірювання ємності конденсаторів 104
-
Лабораторна робота №2-3. Визначення відносної діелектричної проникності сегнетоелектриків 114
-
Лабораторна робота №2-5. Визначення електрорушійної сили джерела струму 121
-
Лабораторна робота №2-7. Вивчення законів постійного струму 134
-
Лабораторна робота №2-8. Вивчення законів Кірхгофа для розгалужених електричних кіл ..136
-
Лабораторна робота №2-9. Зміна чутливості електровимірювальних приладів 139
-
Лабораторна робота №2-10. Експериментальне визначення термо-е.р.с. термопари 142
-
Лабораторна робота №2-11. Вивчення явища термоелектронної емісії 141
-
Лабораторна робота №3-2. Визначення горизонтальної складової напруженості магнетного поля Землі 153
-
Лабораторна робота №3-3. Визначення питомого заряду електрона методом магнетного фокусування 159
-
Лабораторна робота №3-4. Визначення напруженості магнетного поля на осі соленоїда 164
-
Лабораторна робота №3-5. Визначення індуктивності соленоїда 168
-
Лабораторна робота №3-6. Вивчення явища взаємної індукції 173
-
Лабораторна робота №3-9. Визначення точки Кюрі феромагнетика 186
-
Зміст 3
-
Література 198
ВСТУП
Вимірювання фізичних величин
Наука починається з тих пір,
коли починають вимірювати.
Точна наука немислима без вимірювань.
Д.І.Менделєєв
Вимірювання фізичних величин, які здійснюються в лабораторному практикумі, мають, в основному, пізнавальну мету. У лекційному курсі студенти вивчають теорію. При цьому розглядаються ті сторони реального світу, які існуюча теорія вважає найважливішими. Може трапитись так, що знайомство студентів з світом природи обмежиться лише цими сторонами, і вони будуть глибоко впевнені, що це і є весь реальний світ, а не його окремі сторони. До того ж в теорії все досить гармонійно пов’язане і дуже легко втратити уявлення, якими неймовірними зусиллями людського розуму вона створена. Займаючись лабораторним практикумом, студенти насамперед дізнаються, як важко буває перевірити теорію, і навчаться переборювати труднощі, які виникають при цьому, але крім всього іншого у них з’явиться погляд на фізику в цілому, на взаємозв’язок між теорією і експериментом, що складає головний зміст фізики як навчального предмета.
Фізичною величиною називають властивість, яка якісно є спільною для багатьох фізичних об’єктів, але кількісно різною для кожного з них. Кожна з фізичних величин описує якусь одну характеристику фізичного об’єкту. Наприклад, властивості об’єктів: довжина, маса, електричний опір; стани систем: тиск, температура, магнітна індукція; процеси: швидкість, прискорення, робота, потужність і т. д.
У пізнанні навколишнього світу важливе значення мають кількісні оцінки фізичних величин, які дають можливість відкрити діючі в природі закономірності, врахувати матеріальні ресурси, визначити якість різноманітної продукції і т. п. Серед різноманітних оцінок фізичних величин особливе місце займають фізичні вимірювання.
Вимірюванням називається порівняння вимірюваної величини з деяким її значенням, прийнятим за одиницю вимірювання. Результат фізичного вимірювання записують у вигляді такого рівняння:
Q = n Q (1)
де n – числове значення фізичної величини Q; [ Q ] – її одиниця вимірювання.
Сукупність одиниць вимірювання фізичних величин, що охоплює певні галузі вимірювань, називається системою одиниць.
Кожна система одиниць фізичних величин складається з основних та похідних одиниць. Основною одиницею системи одиниць називається одиниця, яка прийнята за незалежну і використовується для визначення інших одиниць системи. Похідною одиницею системи називається одиниця, яка визначається через основні одиниці. Більшість похідних одиниць визначають із найпростіших рівнянь зв’язку між фізичними величинами.
Однією з важливих характеристик фізичної величини є її розмірність.
Розмірністю фізичної величини називають вираз, який показує зв’язок одиниці вимірювання цієї величини з основними одиницями даної системи одиниць. Цей вираз є одночленом у вигляді добутку символів основних одиниць у відповідних степенях (цілих або дробових, додатних або від’ємних). Наприклад, розмірність сили в системі СІ записується в такому вигляді:
[ F ] = L M T-2,
де L – довжина; М – маса; Т – час.
Фізична величина називається безрозмірною, якщо у виразі її розмірності всі основні одиниці входять у нульовому степені.
Відносно сигналів вимірювальної інформації фізичні величини поділяються на активні і пасивні. Активними називаються фізичні величини, які можуть бути перетворені у сигнал вимірювальної інформації без використання допоміжних джерел енергії. Такими величинами є, наприклад, сила струму, напруга, температура, тиск і т. д. До пасивних величин, наприклад, належать електричний опір, індуктивність, маса і т. д.
Вимірювання відіграють важливу роль у житті людини. Без вимірювань неможливо уявити існування сучасної науки, промисловості, сільського господарства, медицини, торгівлі. Вимірювання необхідні в побуті, спорті та багатьох інших галузях діяльності людей. Сьогодні вони виконуються всюди: в земних умовах, в атмосфері, в космосі, на інших планетах. Вимірювання дозволяють керувати технологічними процесами, підприємствами, народним господарством у цілому. Вимірювальна інформація стала постійним супутником людини.
З розширенням сфери людської діяльності вимірювання охоплюють все нові фізичні величини, істотно розширюються діапазони вимірювань. Так, наприклад, діапазон вимірювання довжини складає від 20-100 нм до мільйонів кілометрів, температури — від 0.5К до кількох мільйонів кельвінів, тиску — від 1·10-10 Па до 0.4·1010 Па, електричного опору — від 10-6 Ом до 1017 Ом, індуктивності — від 10-8 Гн до 104 Гн, електроємності — від 10-15 Ф до 10 Ф, потужності — від 10-15 Вт до 109 Вт, сили струму від 10-16 А до сотень ампер.
Сьогодні є необхідність вимірювати понад 2000 різних фізичних величин. Існуючі нині методи і засоби дають можливість вимірювати лише близько 800 величин. Отже, є постійна проблема розробляти і освоювати нові методи вимірювань та конструювати та виготовляти нові вимірювальні прилади.
Різко зросли і продовжують зростати вимоги до точності вимірювань, швидкості одержання вимірювальної інформації, якості вимірювань фізичних величин, особливо тих, які характеризують швидкопротікаючі процеси. Автоматизація виробництва та впровадження гнучких виробничих ліній обумовлюють необхідність повної автоматизації вимірювань, використання систем автоматичного контролю, безконтактних методів вимірювань, вимірювальних роботів.
Аналіз тенденцій розвитку науки і техніки дає можливість зробити висновок про необхідність дальшого підвищення точності вимірювань малих і середніх довжин у машинобудуванні, товщини тонких і надтонких плівок і покриттів у мікро- і оптоелектроніці, об’ємів корисних копалин при геологічній розвідці, витрати сировини у добувних і переробних галузях промисловості і т. д.
У залежності від способів одержання результатів фізичні вимірювання поділяють на прямі, посередні, сукупні та сумісні.
Прямими називають вимірювання, при яких певна фізична величина безпосередньо порівнюється з одиницею вимірювання або за допомогою вимірювального приладу, проградуйованого у відповідних одиницях. До прямих вимірювань відносяться вимірювання довжини масштабною лінійкою, штангенциркулем, плитками Йогансона і т. д. ; вимірювання маси на терезах за допомогою різноважок; вимірювання проміжків часу за допомогою годинника або секундоміра; вимірювання температури за допомогою термометра, сили струму за допомогою амперметра і т. д.
Посередніми називаються вимірювання, при яких шукане значення фізичної величини знаходять на підставі відомої залежності між цією величиною і величинами, які можна вимірювати безпосередньо. Прикладами посередніх вимірювань можуть служити вимірювання швидкості рівномірного (або рівноприскореного) руху на підставі прямих вимірювань пройденого шляху і проміжку часу; вимірювання густини тіла і т. д.
Сукупними називають вимірювання, при яких одночасно вимірюється декілька однойменних величин, а шукану величину визначають шляхом розв’язку системи рівнянь, одержаних при прямих вимірюваннях різних сполучень цих величин.
Сумісними називаються вимірювання, при яких одночасно вимірюються дві або декілька не однойменних величин для знаходження залежності між ними. Сумісними вимірюваннями, наприклад, є дослідження залежності опору провідників або напівпровідників від температури, вимірювання коефіцієнта лінійного ослаблення - променів і т. д.
При аналізі вимірювань слід чітко розрізняти істинні значення фізичних величин і їх емпіричні прояви — результати вимірювань.
Істинним значенням фізичної величини називається значення, яке ідеально в якісному і кількісному відношенні відображає відповідну властивість об’єкта. Воно не залежить від засобів нашого пізнання і є тією абсолютно істиною, до якої ми прагнемо.
Результати вимірювань, навпаки, є продуктами нашого пізнання. Це наближені оцінки фізичних величин, знайдені шляхом спостережень. Вони залежать не тільки від самих величин, але ще й від методів вимірювання, від технічних засобів, за допомогою яких проведені вимірювання, і від властивостей органів відчуття експериментатора, який здійснює вимірювання.
Значення фізичної величини, одержане в результаті вимірювання називається дійсним значенням. Вважають, що дійсне значення настільки близьке до істинного, що може його замінити.
Таким чином, через недосконалість засобів вимірювання і органів відчуття експериментатора, а також через багато численні збурення результат вимірювання фізичної величини х, як правило, відрізняється від його істинного значення х0, тобто має похибку.
Похибкою вимірювання називають відхилення результату вимірювання від істинного значення вимірюваної величини. Розрізняють абсолютну та відносну похибки.
Похибка:х= x - x0 , (2)
яка виражена в одиницях вимірюваної величини, називається абсолютною похибкою, а похибка:
(3)
яка виражена в частинах або процентах від істинного значення вимірюваної величини, називається відносною похибкою.
Оскільки істинне значення х0 вимірюваної величини невідоме, то невідомі і похибки вимірювання х і . Щоб отримати хоча б наближені результати, доводиться замість істинного значення фізичної величини підставляти його дійсне значення.
У залежності від закономірності появи похибки вимірювань поділяють на три типи: грубі, систематичні і випадкові.
Грубою похибкою або промахом називають похибку вимірювання, яка суттєво перевищує очікувану при даних умовах вимірювання.
Систематичною похибкою називають похибку вимірювання, яка залишається постійною або закономірно змінюється при повторних вимірюваннях однієї і тієї ж величини. Систематичні похибки часто виникають через те, що умови експерименту відрізняються від передбачуваних теорією, а поправки на цю невідповідність не зроблено.
Найбільш поширеним джерелом систематичних похибок є похибки вимірювальної апаратури.
Випадковою похибкою називається похибка, яка змінюється випадково при повторних вимірюваннях однієї і тієї ж фізичної величини. Випадкові похибки можна виявити шляхом повторних вимірювань. Крім того, збільшуючи число вимірювань і знаходячи середнє арифметичне їх результатів, ми будемо отримувати дійсні значення, які будуть наближатися до істинного значення. Але при наявності систематичної похибки це нічого не дасть. Повторні вимірювання за допомогою одного і того ж приладу не дають можливості ні виявити, ні усунути систематичні похибки. Тому систематичні похибки більш небезпечні, ніж випадкові. Якщо в ході експерименту допущені великі випадкові похибки, то вони виявлять себе у великій величині похибки кінцевого результату. Таким чином, всі будуть освідомленні про неточність результату і це не завдасть нікому ніякої шкоди, хіба що тільки самолюбству експериментатора, оскільки одержаний ним результат ні на кого не справить приємного враження. Інша справа, коли при наявності прихованої систематичної похибки результат буде виглядати цілком надійним, якщо він наведений з малою похибкою, хоча насправді він неправильний. Класичним прикладом цього може служити дослід Міллікена з вимірювання елементарного електричного заряду. У цьому експерименті потрібно знати в’язкість повітря. Відоме на той час значення коефіцієнта в'язкості повітря виявилось заниженим. Тому Міллікен одержав результат:
е=1,591 ± 0,002·10-19 Кл
Сьогодні для цієї величини приймають значення:
е= ( 1,60217733 ± 0,00000049)·10-19 Кл
Аж до 1930 р. включно, числові значення ряду інших атомних констант, таких, як стала Планка і число Авогадро, базувались на міллікенівському значенні e , отже, містили систематичну похибку, більшу за 0,5%.