Типы экспериментальных ошибок. Требования к документации

Требования к документации

Для выполнения и защиты лабораторных работ необходимы 2 документа – лабораторный журнал (черновик) и аккуратно оформленный отчет.

Подготовка журнала является необходимым условием для допуска к выполнению лабораторной работы. До начала занятия в журнале должны быть готовы названия, цели, схемы, названия упражнений, заготовки таблиц, необходимые расчетные формулы.

В журнале должны быть следующие разделы:

название ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ, дата выполнения.

ЦЕЛЬ работы. В одном или двух предложениях сформулировать основную цель эксперимента.

перечень приборов и оборудования, схема установки. В журнале необходимо привести именно ту схему установки, которая была изображена на мониторе и использована при выполнении измерений. На схеме обязательно указывайте основные параметры и характеристики используемых элементов и приборов.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ. Все первичные результаты записываются прямо в лабораторный журнал(не на отдельные листочки или другие черновики).

Не следует проводить никаких – даже самых простых – арифметических расчетов в уме, прежде чем записать результат измерения. Это правило связано с необходимостью уменьшить вероятность появления ошибок при записи.

Следует четко указать, что измеряется и в каких единицах.

ВЫЧИСЛЕНИЯ. Все вычисления должны быть записаны в лабораторном журнале, а метод расчета ясно указан, т.е. должны быть приведены все расчётные формулы и выражения. Здесь же должен быть проведён расчет погрешностей (анализ ошибок). Результаты – представлены в стандартной форме с обозначением единиц измерения.

Графики. В лабораторном журнале можно выполнить черновые наброски графиков. В любом случае, на графиках должны быть чётко указаны названия осей координат, масштабные метки и размерности величин. Экспериментальные точки не должны сливаться друг с другом.

Помните, что результат – это точки, полученные экспериментально, а кривая (линия тренда) – это субъективное истолкование результатов эксперимента.

Готовый график снабжается заголовком, который должен содержать точное описание того, что показывает график.

Правила оформления отчета

Отчет является документом, свидетельствующим о выполнении студентом лабораторной работы, и должен включать:

- титульный лист с указанием названия работы, фамилии студента, её выполнившего;

- цели выполненной лабораторной работы;

- краткую теорию;

- названия заданий, схемы эксперимента, расчетные формулы с расшифровкой величин;

- окончательные результаты измерений (без промежуточных расчётов и вычислений), наблюдений и расчетов, представленные в форме таблиц, графиков, диаграмм и т.д.;

- обсуждение результатов выполнения работы в виде кратких, но принципиально необходимых доказательств, обоснований, разъяснений, анализа, оценок, обобщений и выводов;

ВЫВОДЫ. Вывод не должен быть типа: сделано то-то и то-то. Если целью работы является определение какой-либо физической величины (например, ускорения свободного падения, скорости звука в воздухе и т.д.), то нужно указать, как согласуется полученное Вами значение со справочными данными. Если не согласуется по каким-либо причинам, то указать эти причины. Если целью работы является проверка какой-нибудь теоретической закономерности, то следует указать, подтверждают ли Ваши данные теоретические расчеты, а если нет, то почему.

2. ПРАВИЛА ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Для подтверждения физического закона или определения некоторой физической величины, как правило, необходимо проведение экспериментального исследования. Основным содержанием любого физического эксперимента является выполнение каких-либо измерений. Например, показание измерительного прибора (секундомера, вольтметра и т.п.) может быть прямо связано цепочкой анализа с изучаемой величиной или законом.

Измерение само по себе, без количественной оценки этой погрешности, имеет ограниченную ценность. Такие погрешности часто называют экспериментальными ошибками.

Типы экспериментальных ошибок

Экспериментальные ошибки, подразделяются на случайные, систематические и так называемые грубые ошибки, или, иначе, промахи.

Случайные ошибки представляют собой положительные и отрицательные флуктуации (отклонения от среднего значения), которые приводят к тому, что около половины результатов оказываются завышенными, а другая половина – заниженными. Источник случайных ошибок могут быть:

1) ошибки наблюдения – например, ошибки экспериментатора при считывании результата по шкале прибора;

2) влияние окружения – например, непредсказуемые колебания напряжения питания, температуры или механическая вибрация установки. Случайные ошибки, можно оценить методами математической статистики.

Систематические ошибки вызваны причинами, которые связаны с особенностями устройства измерительного средства или прибора. Ошибки такого типа либо постоянно завышают результат измерения, либо постоянно его занижают. Существует четыре основных вида систематических ошибок.

1) Приборные ошибки, обусловленные плохой калибровкой измерительного прибора.

2) Ошибки наблюдения, например, параллакс при считывании показаний по шкале стрелочного измерительного прибора.

3) Экзогенные, т.е. ошибки, связанные с окружающей обстановкой (средой). Например, падение напряжения в цепи питания может быть причиной заниженных результатов измерения токов.

4) Теоретические, обусловленные использованием упрощённой модели системы (явления) или приближенными уравнениями, описывающими систему (явления).

Экспериментатор, как правило, стремится выяснить и, по возможности, устранить систематические ошибки.

Грубые ошибки или промахи обусловлены чаще всего неисправностью средств измерений, неправильным считыванием показаний, резким изменением условий измерений и т.п. При обработке результатов измерений промахи отбрасывают, однако делать это следует с некоторой осторожностью.