Исследовательская работа по физике Познай себя



«В мир поиска, в мир творчества, в мир науки»

Исследовательская работа по физике

» Познай себя «

Автор: Скворцова Елизавета Евгеньевна,

ученица 8 класса МКОУ «Елбанская СОШ»

Усть-Пристанского района

Руководитель: Скворцова Наталия Владимировна,

учитель физики

2012 г

Содержание:

Введение…………………………………………………………………….…………….4

Метрология………………………………………………………………..………….5

Погрешность измерений……………………………………………………………….8

Практикум

4.1 Измерение прямых физических величин……………………………………………13

4.2 Измерение косвенных физических величин………………………………………17

5. Исследование зависимости измеренных физических величин от табличных

данных…………………………………………………………………………………28

6. Выводы…………………………………………………………………………………………30

7. Литература……………………………………………………………………….…………..31

8. Приложения…………………………………………………………………………………..33

Цель работы:

Выявить отклонения в физическом развитии через измеренные величины.

Задачи исследования:

1.Изучить литературу по измерению физических величин.

2. Выявить какие физические величины, применяемые для ученика 8 класса можно определить и произвести их измерения.

3. Сравнить полученные величины с табличными показателями.

Актуальность работы

заключается в том, что измерение физических величин, связанных с жизнедеятельностью человека необходимо производить для выявления отклонения от медицинских показателей и норм и работать над их устранением.

Новизна работы

состоит в том, что создана работа, в которой зафиксированы и даны сравнительные характеристики физических величин, измеренных учеником 8 класса.

Объект исследования:

ученица 8 класса.

Предмет исследования:

физические величины.

Введение

«Наука начинается там,

где начинают измерять»

Д.И.Менделеев

Изучая физику, мы знакомимся со многими физическими величинами (скоростью, массой, плотностью, силой, давлением и другими), учимся их измерять. Свои первые опыты по измерению физических величин мы проводим на уроках физики. «Измерение физических величин» — на первый взгляд, это звучит весомо и непонятно, на самом же деле мы производим такие измерения очень часто. Узнать сколько времени, посмотреть температуру воздуха, взвесить муку – всё это измерения физических величин. Астрономы, математики, химики и инженеры и даже мы, ученики, производим измерения несколько раз в день. Делаются они по разным причинам – от хозяйственных нужд до государственных потребностей. Разнообразны и приборы для измерений. Это простые линейки, сложные счетчики, барометры. Всего же в квартире нас окружает примерно 18 видов различных измерительных приборов. Но какими бы мы приборами не измеряли, мы используем общепринятые единицы длины, времени, массы, объёма.

В разных странах меры длины, массы, объёма разные. В Англии это фут, дюйм, а у нас в России – метр, килограмм . Это общепризнанные единицы измерений, известные всем и имеющие эталоны. То есть длина метра везде одинакова. В древности же было сложнее, так как, например, на Руси длина измерялась частями человеческого тела. А люди, как известно бывают самого различного роста. И купцы, которые измеряли ткань локтями, предпочитали нанимать продавцов маленького роста, потому что локоть у них короче.

Сейчас существуют системы перевода одних единиц в другие:

система СГС (сантиметр, грамм, секунда);

система техническая (метр, килограмм – сила, секунда);

СИ (международная система; килограмм, метр, секунда).

Потребность измерять возникла у человека в глубокой древности. В каждой отдельной стране правители устанавливали свои меры длины: английский король Генрих I – ярд. В России – пядь, локоть, полет стрелы, аршин, сажень, верста.

В конце 18 в. французские ученые предложили метрическую систему мер « на все времена и для всех народов». Система, построенная на двух основных единицах – метре и килограмме — была принята многими странами, в том числе и Россией. Метр был задуман как естественная единица длины – одна сорокамиллионная часть земного меридиана. Сделали эталон метра. Наряду с длиной, масса – второй основной эталон, используемый человеком в его практической деятельности. России достались образцы под № 12 и 26. Эталон № 12 до наших дней служит, и время от времени «ездит» в Париж для сличения с международным эталоном. Метр и килограмм – удобные в применении на практике единицы измерения длины и массы.

2. Метрология

Метрология- это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности. Знание метрологической терминологии, параметров измеряемых сигналов и принятой в нашей стране системы единиц измерения физических величин помогает успешно выполнять измерения и изучать литературу, посвященную измерениям физических величин и измерительным приборам.

Основные метрологические термины:

Метрология

— наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Измерение

— нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств.

Прямое измерение

— измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных. Например: измерение напряжения при помощи вольтметра.

Косвенное измерение

— измерение, при котором искомое значение величины находят на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Например: измерение электрической мощности постоянного тока при помощи вольт- и амперметра (P=U I).

Истинное значение физической величины

— значение физической величины, которое идеальным образом отражает в качественном и количественном отношениях соответствующее свойство данного объекта. Истинное значение практически недостижимо.

Действительное значение физической величины

— значение, полученное экспериментальным путем и настолько приближающееся к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него.

Средство измерений

— техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические характеристики.

Погрешность измерения

— отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Погрешность измерительного прибора

— разность между показанием прибора и истинным значением измеряемой величины

Точность измерений

— качество измерения, отражающее близость его результатов к истинному значению измеряемой величины. Высокая точность измерений соответствует малым погрешностям.

Результат измерения

— значение величины, найденное путем ее измерения. Измерение может быть однократным, и тогда показание средства измерений является результатом измерения, и многократным — в этом случае результат измерения находят путем статистической обработки результатов каждого наблюдения.

Показание средства измерений

— это значение измеряемой величины, определяемое по отсчетному устройству средства измерений и выраженное в принятых единицах этой величины. Для нахождения показания прибора Хпр. необходимо величину отсчета N умножить на цену деления шкалы k: Хп.=kN. Цена деления шкалы соответствует интервалу между двумя соседними отметками шкалы, выраженному в значениях измеряемой величины.

Принцип измерения

— совокупность физических явлений, на которых основано данное измерение.

Метод измерения

— совокупность приемов использования принципов и средств измерений.

Классификация средств измерений

В силу большого разнообразия средств измерения существует довольно широкий набор их классификационных признаков.

По функциональному назначению все средства измерения делятся на:

Мера — средство измерений, предназначенное для воспроизведения физической величины заданного размера.Измерительный прибор — средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации (т.е. сигнала, содержащего количественную информацию об измеряемой физической величине) в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.Измерительный преобразователь — средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, обработки и хранения, но не обеспечивающей непосредственное восприятия наблюдателем. Наиболее многочисленной группой средств измерений являются измерительные приборы и преобразователи, которые обобщенно называют измерительными устройствами.Вспомогательное средство измерения — средство измерения величин, влияющих на метрологические характеристики другого средства измерения при его применении.Измерительная установка — совокупность функционально объединенных средств измерений, предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для непосредственного восприятия наблюдателем, и расположенная в одном месте.Измерительная система — совокупность средств измерений, соединенных между собой каналом общего пользования (КОП) и предназначенная для выработки сигналов измерительной информации в форме, удобной для автоматической обработки. Создание информационно-измерительных систем (ИИС) связано с новым этапом развития измерительной техники — построение автоматизированных ИИС на базе радиоизмерительных приборов общего применения.

По методу измерений измерительные устройства бывают прямого действия, реализующие метод непосредственной оценки, и устройства использующие метод сравнения.По точности измерений измерительные средства можно разделить на: эталоны, образцовые и рабочие средства измерений.Эталон единицы — это средство измерений, обеспечивающее воспроизводство и (или) хранение единицы физической величины с целью передачи ее размера образцовым и рабочим средствам измерений.Образцовое средство измерений — мера или измерительное устройство, служащие для поверки по ним других средств измерений и утвержденные в качестве образцовых.Рабочее средство измерений — средство применяемое для измерений, не связанных с передачей размера единицы.

По способу обработки сигнала измерительной информации приборы делятся на аналоговые и цифровые.В аналоговых приборах показания являются непрерывной функцией размера измеряемой величины, т.е. могут, как и измеряемая величина, принимать бесконечное множество значений.В цифровых приборах непрерывная измеряемая величина дискретизируется по времени, квантуется по уровню, кодируется и в виде цифрового кода отображается на цифровом отсчетом устройстве. В результате показания цифрового прибора могут принимать лишь конечное число значений.Цифровые средства измерения обеспечивают, как правило, большую точность и быстродействие. Однако не всегда цифровое устройство лучше аналогового.

По способу отображения результата измерения аналоговые и цифровые приборы принято разделять на показывающие, допускающие только отсчитывание показаний, и регистрирующие, в которых предусмотрена возможность автоматической и (или) ручной регистрации показаний.

По способу применения и по конструкции измерительные устройства делятся на: щитовые, переносные (портативные) и стационарные.

Единицы измеряемых физических величин

В нашей стране подлежат обязательному применению единицы Международной системы единиц (СИ), содержащей основные, дополнительные и производные единицы, а также десятичные кратные и дольные от них.

3. Погрешность измерений

 Рассмотрим пример измерения.

 

  Измерим длину бруска линейкой (цена деления 1 мм). Можно лишь утверждать, что длина бруска составляет величину между 22 и 23 мм. Ширина интервала “неизвестности составляет 1мм, те есть равна цене деления. Замена линейки более чувствительным прибором, например штангенциркулем снизит этот интервал, что приведет к повышению точности измерения. В нашем примере точность измерения не превышает 1мм.

Поэтому измерения никогда не могут быть выполнены абсолютно точно. Результат любого измерения приближенный. Неопределенность в измерении характеризуется погрешностью — отклонением измеренного значения физической величины от ее истинного значения.

Некоторые из причин, приводящих к появлению погрешностей.

1. Ограниченная точность изготовления средств измерения. 2. Влияние на измерение внешних условий (изменение температуры..) 3. Действия экспериментатора (запаздывание с включением секундомера…). 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, возникаемые 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; 4) несоответствие измеряемого объекта с предположением о его свойствах.

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. Как уже говорилось, любое измерение дает лишь приближенное значение физической величины, однако можно указать интервал, который содержит ее истинное значение:

Апр— ΔА < Аист < Апр+ ΔА

Величина А называется абсолютной погрешностью измерения величины А.

А= и А + о А

Абсолютная погрешность косвенных измерений определяется по формуле :

А= Апр *ε

Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины. Абсолютная погрешность равна модулю максимально возможного отклонения значения физической величины от измеренного значения. Апр— значение физической величины, полученное экспериментально, если измерение проводилось многократно, то среднее арифметическое этих измерений.

Но для оценки качества измерения необходимо определить относительную погрешность ε. ε= А/Апр *100%.

Если при измерении получена относительная погрешность более 10%, то говорят, что произведена лишь оценка измеряемой величины. В лабораториях физического практикума рекомендуется проводить измерения с относительной погрешностью до 10%. В научных лабораториях некоторые точные измерения (например определение длины световой волны), выполняются с точностью миллионных долей процента.

  Погрешности средств измерений

Эти погрешности называют еще инструментальными или приборными. Они обусловлены конструкцией измерительного прибора, точностью его изготовления и градуировки. Обычно довольствуются о допустимых инструментальных погрешностях, сообщаемых заводом изготовителем в паспорте к данному прибору. Эти допустимые погрешности регламентируются ГОСТами. Это относится и к эталонам. Обычно абсолютную инструментальную погрешность обозначают Δ и А. Если сведений о допустимой погрешности не имеется (например у линейки), то в качестве этой погрешности можно принять половину цены деления. При взвешивании абсолютная инструментальная погрешность складывается из инструментальных погрешностей весов и гирь. В таблице приведены допустимые погрешности наиболее часто встречающихся в школьном эксперименте средств измерения.

Таблица допустимых погрешностей экспериментальных средств измерения:

 Средства измерения

Предел измерения

Цена деления

Допустимая погрешность

линейка ученическая

до 50 см

1 мм

1 мм

линейка демонстрационная

100 см

1 см

0.5 см

лента измерительная

150 см

0.5 см

0.5 см

мензурка

до 250 мл

1 мл

1 мл

гири 10,20, 50 мг

 

 

1 мг

гири 100,200 мг

 

 

2 мг

гири 100 г

 

 

40 мг

штангенциркуль

150 мм

0.1 мм

0.05 мм

микрометр

25 мм

0.01 мм

0.005 мм

динамометр

4 Н

0.1 Н

0.05 Н

весы учебные

200 г

 

0.1 г

весы медицинские

До 200 кг

Секундомер

0-30 мин

0.2 с

1с за 30 мин

барометр-анероид

720-780 мм рт.ст.

1 мм рт.ст

3 мм рт.ст

тонометр медицинский

200-300 мм рт.ст.

0.2 мм рт.ст.

0.1 мм рт.ст.

термометр лабораторный

0-100 оС

1 градус

1 градус

Термометр медицинский

35-42 оС

амперметр школьный

2 А



Страницы: Первая | 1 | 2 | 3 | ... | Вперед → | Последняя | Весь текст




sitemap sitemap