Лаба. Лабораторнаяработа 1 определение плотности твердых тел правильной геометрической формы
 Скачать 114.5 Kb.
|
|
ВВЕДЕНИЕ Для выполнения “виртуальной” лабораторной работы на персональном компьютере студенту не требуется знаний РС, достаточно элементарных практических навыков пользователя, умения работать с клавиатурой и мышкой. При этом нужно непременно следовать методическим указаниям и инструкциям, предварительно ознакомиться с теоретической частью работы, с принципом действия измерительных приборов и последовательностью операций при проведении эксперимента, понимать цель работы и смысл физических величин, входящих в расчетные формулы, ответить на контрольные вопросы, т.е. понимать суть выполняемого эксперимента. Таким образом, основные требования, предъявляемые студентам при выполнении компьютерной лабораторной работы, аналогичны требованиям, которые предъявляются при работе в лабораториях физического практикума. Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ ПРАВИЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ 1. ПЛОТНОСТЬЮ однородного тела называется физическая величина, численно равная массе единицы его объема,  , (1)где m- масса тела; объем тела. Так как тела, исследуемые в работе, имеют форму цилиндра, то объем вычисляется по формуле;  , (2)Следовательно, для определения объема цилиндра достаточно измерить его диаметр и высоту. Тогда расчетная формула для определения плотности сплошного цилиндрического тела примет следующий вид:  (3)где - плотность материала; m - масса цилиндра; d- диаметр цилиндра; h - высота цилиндра. Следует заметить, что масса, диаметр и высота определяются прямыми измерениями, в то время как плотность вычисляется по формуле (3), т.е. измерение плотности - это косвенное измерение. Целью данной работы является не только определение плотности, материала образца, но и оценка погрешности прямых измерений (массы, диаметра и высоты) и оценка погрешности косвенного измерения (плотности). 2. ИЗМЕРЕНИЕ МАССЫ Масса образца определяется взвешиванием на весах. В лаборатории физического практикума взвешивание производится либо на аналитических, либо на более грубых электронных весах. Применение того или другого измерительного прибора, в частности весов, определяется поставленной задачей, в первую очередь требованиями к точности измерений. Измерение массы образцов в данной лабораторной работе производится на электронных весах, поскольку относительная погрешность в определении массы много меньше других составляющих (о чем следует указать в выводах по работе), а неисключенная систематическая ошибка электронных весов составляет 0,005г. Еще один важный момент. Многократное взвешивание на электронных весах одного и того же образца дает одинаковые результаты, т.е. случайные отклонения массы образца много меньше предела относительной погрешности. Поэтому операцию взвешивания в данной работе можно проводить один раз. 3. ИЗМЕРЕНИЕ ДИАМЕТРА И ВЫСОТЫ цилиндра в данной работе производится штангенциркулем (диаметр можно определять с помощью более точного прибора – микрометра). Существуют и электронные штангенциркули с различным пределом основной погрешности. В настоящей работе моделируется электронный штангенциркуль с пределом основной погрешности равной 0,05 мм. Так как высота и диаметр могут в разных местах оказаться неодинаковыми, то их измерение следует производить несколько раз (например, как рекомендуется в данной работе, 5). При этом результаты будут несколько отличаться друг от друга. Результаты всех измерений записывают в соответствующие таблицы отчета. Для выполнения “виртуальной” лабораторной работы на персональном компьютере студенту не требуется знаний РС, достаточно элементарных практических навыков пользователя, умения работать с клавиатурой и мышкой. При этом нужно непременно следовать методическим указаниям и инструкциям, предварительно ознакомиться с теоретической частью работы, с принципом действия измерительных приборов и последовательностью операций при проведении эксперимента, понимать цель работы и смысл физических величин, входящих в расчетные формулы, ответить на контрольные вопросы, т.е. понимать суть выполняемого эксперимента. Таким образом, основные требования, предъявляемые студентам при выполнении компьютерной лабораторной работы, аналогичны требованиям, которые предъявляются при работе в лабораториях физического практикума. 4. ВЫЧИСЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ материала осуществляется по формуле (3), в которую подставляются средние значения массы, диаметра и высоты образца. Кстати, в числовом значении числа пи следует брать не 3 значащих цифры (3,14), а хотя бы пять (3,1416), что повысит точность определения результата. ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ Проводится стандартная статистическая обработка результатов измерний как прямых (масса, диаметр, высота), так и косвенных (плотность материала образца). 5.1. Измерение массы образца. При взвешивании на электронных весах случайная погрешность определения массы много меньше предела основной погрешности весов, поэтому ошибка в оценке массы определяется паспортными характеристиками прибора и в нашем случае равна 0.0055г.  г;  0,0055 г..5.2. После проведения пяти измерение диаметра образца вычисляется его среднее значение <d>=.......мм. Затем вычисляется среднее квадратичное отклонение:  мм. и граница случайной погрешности:  мм,где tP,n— коэффициент Стьюдента (для числа измерений n=5 и доверительной вероятности P= 0,95 он равен 2,77). Граница неисключенной систематической погрешности (прибора): d=осн=.......0,05мм. Граница полной погрешности результата измерения диаметра вычисляется по формуле:  мм.Результат измерения диаметра и расчета погрешности:  d = ... мм, P=0,95.5.3 Аналогичным образом проводятся вычисления границы случайной погрешности, неисключенной систематической погрешности и полной погрешности результата измерения высоты цилиндра. Результат измерения высоты цилиндра и расчета погрешности: <h> = .....мм,  = .... .мм, Р= 0,95.5.4 Оценка границы относительной погрешности результата измерения плотности:  5.5 Оценка границы абсолютной погрешности результат измерения плотности:  кг/м3, P=0,95.6. Окончательный результат:  кг/м3, при доверительной вероятности: P=0,95. При проведении расчетов помните, что погрешность  окончательного результата записывается с точностью до одной значащей цифры, а промежуточные погрешности S, ,  ,  -с точностью до двух значащих цифр (значащие цифры приближенного числа - все его цифры, кроме нулей, стоящих в начале числа, т.е. слева от первой цифры, отличной от нуля).В конце работы следует сделать выводы, проанализировав вклад в итоговую относительную погрешность ее составляющих. Оформить отчет, и сдать его на проверку преподавателю ( или переслать по е-mail) Для выполнения практической части лабораторной работы надо навести курсор «Начать работу». Внимательно прочитать всю информацию на экране монитора и приступить к измерениям. О Т Ч Е Т по лабораторной работе № 1 Определение плотности твердых тел правильной геометрической формы Студент__________________ Группа______________________ Преподаватель_________________ Дата_________________________ 1. Расчетная формула где - плотность материала; m - масса цилиндра; d- диаметр цилиндра; h - высота цилиндра. 2. Средства измерений и их характеристики
3. Результаты измерений 3.1. Измерение массы образца г; 0,0055 г..3.2. Измерение диаметра образца
<d>=.......мм.  мм2.Среднее квадратичное отклонение: мм. Граница случайной погрешности мм,где tP,n— коэффициент Стьюдента для числа измерений n и доверительной вероятности P= 0,95. Граница неисключенной систематической погрешности d=осн=.......0,05мм. Граница полной погрешности результата измерения диаметра мм.Результат измерения диаметра цилиндра и расчета погрешности: d = ... мм, P=0,95.3.3. Измерение высоты образца
 мм2.Среднее квадратическое отклонение:  мм.Граница случайной погрешности  мм.Граница неисключенной систематической погрешности  0,05мм.Граница полной погрешности результата измерения высоты  мм.Результат измерения высоты и расчета погрешности: = .... .мм, Р= 0,95.4. Расчет искомой величины ( в единицах измерений СИ). Подставлять средние значения диаметра образца и высоты.  кг/м3.5. Оценка границы относительной погрешности результата измерения плотности 6. Оценка границы абсолютной погрешности результат измерения плотности кг/м3, P=0,95.7. Окончательный результат кг/м3, при доверительной вероятности: P=0,95. 8. Выводы. |