Требования к выполнению и оформлению лабораторной работы по физике

Требования к выполнению и оформлению лабораторной работы

Лабораторные работы выполняются обучающимися в аудитории под непосредственным руководством преподавателя и при строгом соблюдении требований безопасности и охраны труда.

Лабораторные работы сопровождается выполнением измерений и вычислений. По результатам выполненной работы составляется отчет.

Отчет по выполнению лабораторной работы обучающимся должен содержать:

1. Название и номер лабораторной работы;
2. Наименование темы лабораторной работы;
3. Цель лабораторной работы;
4. Краткое описание лабораторной установки (если использовалась);
5. Методы измерений;
6. Ход лабораторной работы;
7. Результаты измерений и вычислений (обычно в виде таблиц) с обязательным указанием единиц измерения;
8. Результаты отдельных измерений;
9. Результаты обработки полученных экспериментальных данных с оценкой погрешности измерений;
10. Графики,  схемы, чертежи;
11. Основные расчетные формулы с указанием величин, подлежащих измерению (все буквенные величины, входящие в формулы, должны быть объяснены);
12. Расчет и подробный анализ полученных результатов;
13. Выводы.

Выполненная лабораторная работа оценивается по пятибалльной системе оценивания.

Оценка «5» ставится в том случае, если обучающийся:

а) выполнил работу в полном объеме с соблюдением необходимой последовательности проведения опытов и измерений;

б) самостоятельно и рационально выбрал и подготовил для опыта необходимое оборудование, все опыты провел в условиях и режимах, обеспечивающих получение результатов и выводов с наибольшей точностью;

в) в представленном отчете правильно и аккуратно выполнил все записи, таблицы, рисунки, чертежи, графики, вычисления и сделал выводы;

г) правильно выполнил анализ погрешностей;

д) соблюдал требования безопасности труда.

Оценка «4» ставится в том случае, если выполнены требования к оценке «5», но:

а) опыт проводился в условиях, не обеспечивающих достаточной точности измерении,

б) или было допущено два-три недочета, или не более одной негрубой ошибки и одного недочета.

Оценка «3» ставится, если работа выполнена не полностью, но объем выполненной части таков, что позволяет получить правильные результаты и выводы, или если в ходе проведения опыта и измерений были допущены следующие ошибки:

а) опыт проводился в нерациональных условиях, что привело к получению результатов с большей погрешностью, 

б) или в отчете были допущены в общей сложности не более двух ошибок (в записях единиц, измерениях, в вычислениях, графиках, таблицах, схемах, анализе погрешностей и т. д.), не принципиального для данной работы характера, но повлиявших на результат выполнения,

в) или не выполнен совсем или выполнен неверно анализ погрешностей;

г) или работа выполнена не полностью, однако объем выполненной части таков, что позволяет получить правильные результаты и выводы по основным, принципиально важным задачам работы.

Оценка «2» ставится в том случае, если:

а) работа выполнена не полностью, и объем выполненной части работы не позволяет сделать правильных выводов,

б) или опыты, измерения, вычисления, наблюдения производились неправильно,

в) или в ходе работы и в отчете обнаружились в совокупности все недостатки, отмеченные в требованиях к, оценке «3».

г)  обучающийся совсем не выполнил работу или не соблюдал требований безопасности труда.

Методика оценки погрешностей измерений при выполнении лабораторной работы

При выполнении лабораторных работ следует осуществлять выполнение расчётов с учетом погрешностей измерений.

Абсолютная погрешность. При всяком измерении физическая ве­личина сравнивается с однородной величиной, принятой за единицу. Ес­ли записано, что масса тела равна 5 кг, то это именованное число (зна­чение массы тела) есть произведение числового значения физической ве­личины на единицу массы (кг). Измерить массу тела — это и значит определить, во сколько раз масса те­ла  отличается от  массы эталона. Сравнение с эталоном происходит косвенно. Например, мас­су данного тела мы сравниваем с массой гирь. Следовательно, посред­ством специальных, достаточно сложных процедур необходимо «проградуировать» гири весов, сравнив их с эталоном. При этом массы гирь не точно равны так называемым номи­нальным значениям, которые на них написаны. И хотя нельзя сказать, чему равно истинное значение массы, однако завод-изготовитель гаранти­рует тот интервал значений, внутри которого находится истинное значе­ние массы гири.

В физике и тех­нике не существует абсолютно точ­ных приборов и других средств из­мерения, следовательно, нет и абсо­лютно точных способов измерения. Даже основные физические констан­ты известны с определенными по­грешностями. Например, постоянная Авогадро, по последним данным, рав­на

N_A = (6,022045 ± 0,000031) • 10²³ моль^–1 . Это значит, что истинное значение неизвестно, но достоверно (с вероятностью, близкой к 1) можно утверждать, что оно принадлежит интервалу значений 6,022014 • 10²³ моль^–1  < N_A < 6,022076 • 10²³ моль^–1.

Процесс измерения только тогда считается завершенным, когда указано не только число х_изм, которое принято за результат измерения, но и число Dх, которое позволяет определить интервал [х_изм – Dх; х_изм + Dх], достоверно (с вероятностью, близкой к 1) содержащий неизвестное экспериментатору истинное значение измеряемой величины. Величина Dх называется границей абсолютной погрешности. Она показывает на сколько неизвестное экспериментатору истинное значение измеряемой величины может отличаться от измеренного значения.

Относительная погрешность. Качество измерений характеризируется относительной погрешностью  Ɛ =  , равной отношению абсолютной погрешности к значению величины, получаемой в результате измерения.

Знание абсолютных погрешностей необходимо при выполнении вычислений, при построении графиков, при использовании таблиц.

После того как вычислена абсолютная погрешность, ее значение обычно округляется до одной значащей цифры. После этого и результат измерения записывается с числом десятичных знаков, не большим, чем их имеется в абсолютной погрешности. Например, запись v = (0,56032 ± 0,028) м/с не совсем удачна. Желательно записать: D v = 0,03 и v =  (0,56 ± 0,03) м/с.

Погрешности прибора и отсчета.

Способ определения значения измеряемой величины и абсолютной погрешности зависит от вида измерений и их методики. Измерения, в которых результат находится непосредственно в процессе считывания со шкалы (или показаний цифрового прибора), называются прямыми.

Погрешность прямого измерения складывается из погрешности средства измерения (прибора, инструмента) D_пр и погрешности отсчета D_отсч : D = D_пр + D_отсч. Погрешность средства измерения определяется на заводе-изготовителе. Например, динамометр для лабораторных работ имеет погрешность D_д = 0,05 Н, амперметр и вольтметр для лабораторных работ — погрешности D_А = 0,05 А и D_В = 0,15 В соответственно.

Простейшие правила для погрешностей. В большинстве случаев измерения являются косвенными, когда результат определяется на основе расчетов. Так, например, определяется электрическое сопротивление

(R = ), импульс (p = mv), работа (A = Fs) и т. п. Легко получить два простейших правила, позволяющих определить погрешность косвенных измерений:

1)      если f = xy  или  f =  , то   + ;

2)      если g = x ± y, то D_g = D_x + D_y .

Повторные измерения. Часто при проведении повторных измерений какой-либо величины получаются несколько различные результаты, отличающиеся друг от друга больше, чем сумма погрешностей прибора и отсчета. Это вызвано действием случайных факторов, которые невозможно устранить в процессе эксперимента. Так, например, при измерении диаметра цилиндрического проводника микрометром разные показания возникают вследствие того, что при изготовлении проводника его диаметр в разных местах оказался разным, да и форма его не строго цилиндрическая. На уравновешивание весов влияет трение коромысла на оси. При измерении токов и напряжений на результаты влияет нестабильность напряжения в сети и т. д. Погрешности такого рода называют случайными.

Если появляются случайные погрешности, то для их учета следует измерения повторить несколько раз и за результат измерения принять среднее арифметическое результатов отдельных измерений.

Пусть проведено n измерений и получены числовые значения измеряемой величины x_1, x_2, x_{3, …,} x_n; тогда за результат измерения принимается среднее арифметическое значение результатов отдельных измерений: x =  =  .

Отметим также тот факт, что учет систематических погрешностей в предложенных далее лабораторных работах затруднен ввиду того, что устранить их крайне сложно. Исходя из этого погрешность в предложенных лабораторных работах будет рассчитана без учета систематических погрешностей.