Случайные и систематические погрешности

Аннотация

Методические рекомендации разработаны для проведения лабораторных работ по дисциплине «Естествознание», раздел «Техника». Этот раздел рассматривает основные понятия и явления, связанные с физической картиной мира, поэтому большинство лабораторных работ будет проводиться по методике проведения лабораторных работ по физике. Этот документ содержит методику проведения занятия, описывая его основные этапы, а также методы и приёмы, используемые при проведении лабораторных работ. Особое внимание уделяется погрешностям измерения, методике проведения лабораторных работ, инструкции по технике безопасности.

Введение

Учебная работа по естествознанию – комплексная: это изучение теории, решение задач и, что особенно важно, практическая проверка законов при выполнении лабораторных работ.

При измерениях физических величин выполняются три последовательные операции: 1) создание экспериментальных условий, 2) наблюдение, 3) отчет.

Методические рекомендации предназначены для оказания помощи студентам в подготовке и проведении лабораторных работ, предусмотренных программой учебной дисциплины для освоения Государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования по естествознанию.

В методических рекомендациях определены цели выполнения лабораторных работ, дается план проведения и порядок оформления работ. Рекомендации универсальны, и могут использоваться при выполнении лабораторной работы любой тематики.

Пояснительная записка

Учебный предмет «Естествознание» вводится на уровне среднего общего образования в качестве дополнения к традиционным учебным предметам предметной области «Естественные науки» на базовом уровне как интегрированная дисциплина, призванная сформировать естественно-научную грамотность, необходимую для повседневной и профессиональной деятельности вне естественно-научной области, навыков здорового и безопасного для человека и окружающей его среды образа жизни, развития критического мышления.

Слово «естествознание» («естество» – природа) означает знание о природе, или природоведение. В латинском языке слову “природа” соответствует слово natura, поэтому в немецком языке, ставшем в 17-19 вв. языком науки, все о природе стали называться "Naturwissenchaft”. На этой же основе появился и термин «натурфилософия» – общая философия природы. В древнегреческом языке слову природа очень близко слово «физис» («фюзис»).

Первоначально все знание о природе действительно относилось к физике (в древности – «физиология»). Физика, таким образом, стала основой всех наук о природе.

В настоящее время имеются два определения естествознания.

1. Естествознание – наука о природе, как о единой целостности.

2.Естествознание – совокупность наук о природе, взятое как единое целое.

Физика как наука о наиболее общих законах природы вносит существенный вклад в систему знаний об окружающем мире. Она раскрывает роль науки в экономическом и культурном развитии общества, способствует формированию современного научного мировоззрения.

Лабораторные работы позволяют получить навыки экспериментальной работы, умение обращаться с приборами, самостоятельно делать выводы из полученных опытных данных и тем самым более глубоко и полно усваивать теоретический материал физики.

Цели работ:

· Закрепление, углубление и конкретизация знаний по изучаемому материалу.

· Приобретение практических навыков работы с приборами и оборудованием.

· Приобретение навыков экспериментальной деятельности.

Количество часов на лабораторные работы, определенных учебной программой, составляет 10 часов. Лабораторные работы выполняются бригадами по 2 человека. На выполнение одной работы отводится два академических часа.

Погрешности измерений

Измерение- это нахождение числового значения физической величины опытным путем с помощью средств измерений (линейки, вольтметра, часов и т.д.).

Измерения могут быть прямыми и косвенными.

Прямое измерение- это нахождение числового значения физической величины непосредственно средствами измерений. Например, длину - линейкой, вес - динамометром.

Косвенное измерение- это нахождение числового значения физической величины по формуле, связывающей искомую величину с другими величинами, определяемыми прямыми измерениями. Например: сопротивление проводника определяют по формуле R=U/I, где U и I измеряются электроизмерительными приборами. Поэтому измерения никогда не могут быть выполнены абсолютно точно. Результат любого измерения приближенный, характеризуется погрешностью - отклонением измеренного значения физической величины от ее истинного значения.

Перечислим некоторые из причин, приводящих к появлению погрешностей.

1. Ограниченная точность изготовления средств измерения.

2. Влияние на измерение внешних условий (изменение температуры, колебание напряжения...).

3. Действия экспериментатора (запаздывание с включением секундомера, различное положение глаза...).

4. Приближенный характер законов, используемых для нахождения измеряемых величин.

Перечисленные причины появления погрешностей неустранимы, хотя и могут быть сведены к минимуму. Для установления достоверности выводов, полученных в результате научных исследований, существуют методы оценки данных погрешностей.

Случайные и систематические погрешности.

Погрешности, возникающие при измерениях, делятся на систематические и случайные.

Систематические погрешности- это погрешности, соответствующие отклонению измеренного значения от истинного значения физической величины всегда в одну сторону (повышения или занижения). При повторных измерениях погрешность остается прежней.

Причины возникновения систематических погрешностей.

1. Несоответствие средств измерения эталону.

2. Неправильная установка измерительных приборов (наклон, неуравновешенность).

3. Несовпадение начальных показателей приборов с нулем и игнорирование поправок, которые в связи с этим возникают.

Случайные погрешности- это погрешности, которые непредсказуемым образом меняют свое численное значение. Такие погрешности вызываются большим числом неконтролируемых причин, влияющих на процесс измерения (неровности на поверхности объекта, дуновение ветра, скачки напряжения и т.д.). Влияние случайных погрешностей может быть уменьшено при многократном повторении опыта.

Абсолютные и относительные погрешности.

Для количественной оценки качества измерений вводят понятия абсолютной и относительной погрешностей измерений.

Абсолютной погрешностью называют модуль разности истинного и измеренного значения величины: