Закон Ампера Земной магнетизм Проверка второго закона Ньютона Изучить затухающие колебания Интерференция света Естественный и поляризованный свет Оптическая пирометрия Внешний фотоэффект Изучение цепи переменного тока

Курс лекций и лабораторных по физике

Лабораторная работа 102

ИЗМЕРЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ОПТИМЕТРОМ ИКГ

Цель работы: ознакомиться с устройством горизонтального оптиметра ККГ, провести измерение толщины алюминиевой фольги и статистическую обработку результатов прямого измерения.

Назначение и устройство ИКГ. Оптиметр - оптикомеханический прибор, который служит для измерения линейных размеров абсолютным (в пределах шкалы) или относительным (сравнением о концевой мерой мины) методами. На горизонтальном оптиметре можно производить измерения толщины пластинок, диаметра шариков, внутренних диаметров.

ИКГ состоит из массивного штатива I (рио.1), на котором укреплены предметный столик 2, оптическая труба 3 с оптическим отсчетным устройством. В левой части трубы укреплен штифт 4, соприкасающийся с поверхностью измеряемого изделия. Отсчеты при измерении снимают по шкале окуляра 5,6 - пиноль-металлическая труба, внутри которой помещается стержень 9 с пружиной. Стержень может перемещаться вдоль оси вращением винта 7,

а положение наконечника 9 закрепляется винтом 8. Составной частью оптиметра является проекционное устройство ПН-6.

 Рис. I

Оптическая труба оптиметра - основная часть прибора (рис.2). Световой поток источника S , отражаясь от зеркала 3 и призмы П1 (явление полного внутреннего отражения), освещает шкалу Ш, которая находится в фокальной плоскости объектива ОБ и через окуляр ОК не видна, так как она закрыта призмой П1. Пройдя через призму П2 и объектив ОЕ, лучи падают на зеркало З2, в котором изображается шкала Ш. При отражении лучей от зеркала З2 изображение шкалы И по принципу автоколлимации создается объективом рядок с самой шкалой Ш так, что нулевой штрих совпадает с неподвижным указателем у .

Наблюдение ведется через окуляр ОК. Если совпадения нет, то его можно добиться смещением штифта 4 винтом 7 (см-рис.1). Измеряемая деталь, помещенная между наконечниками 4 и 9 (см.рис. I и 2), приведет к поступательному перемещению штифта 4, который повернет плоское зеркало З2 на угол φ .Изображение шкалы И смещается параллельно шкале Ш; величина смещения отсчитывается относительно неподвижного указателя.

 Рис. 2

Механические и оптические соотношения системы оптиметра подобраны так, что видимое в окуляр смещение изображения шкалы на одно деление соответствует осевому перемещению штифта на один микрон, т.е. цена деления прибора - I мк.

Измерения и обработки результатов измерений

1. Включить осветитель ИКГ через трансформатор в сеть (220 В).

2. Проверить в окуляре видимость изображения шкалы (при необходимости настройки прибора обратиться к лаборанту или преподавателю).

3. Произвести установку нуля с помощью микровинта 7.

4. Держатель наконечника 1С отвести влево и в появившийся зазор между наконечниками штифта и стержня 4 в 9 ввести фольгу. Изображение шкалы сместится относительно указателя; величина этого смещения равна толщине фольги.

5. Сделать десять измерений толщины фольги в равных ее местах (hi ). Перед каждым измерением проверять установку нуля шкалы.

6. Оценить случайную ошибку прямого измерения:

а). Значения отдельных измерений hi занести в табл.1.

б). Определить среднее арифметическое измеряемой величины

где n - число измерений.

 в). Найти остаточные ошибки и занести их в 3-й столбец табл.1.

 г). Определить среднюю квадратичную

 погрешность отдельного измерения:

.

Заполнить 4 столбец табл.1 квадратами разностей подсчитать сумму этих квадратов и вычислить Sn.

д). Устранить промахи. Проанализировать результаты измерений и отбросить промахи, если  обработку результатов вести без использования данных, подозреваемых на промахи. Если подозрения не оправдались,   и  вычислить из полного числа измерений.

е). Вычислить среднюю квадратичную погрешность среднего арифметического:

ж). По табл. Стьюдента определить коэффициент Стьюдента  для n=10 и заданной доверительной вероятности δ = 0,95.

з) Найти случайную ошибку (граница доверительного интервала) среднего значения измерения.

7. Оценить величину систематической ошибки:

а) определить величину погрешности прибора β;

б) найти коэффициент Стьюдента  для заданной доверительной вероятности δ=0,95 и бесконечно большого числа измерений;

в) вычислить систематическую ошибку измерения

.

8. Оценить границы доверительного интервала с учетом совместного влияния случайной и систематических ошибок.

При расчете пренебречь меньшей погрешностью, если одна из них меньше 1/3 другой.

9. Вычислить относительную ошибку измерения

10. Записать окончательный результат измерения

  при δ=0,95 и n=10.

Контрольные вопросы

I. Принцип работы ИКГ.

2. Теория ошибок прямого измерения:

а) прямые и косвенные измерения,

б) классификация погрешностей измерения; причины их возникновения; методы обнаружения и исключения.

в) абсолютная и относительная ошибки,

г) выборочный метод оценки погрешности результата из-мерения,

д) доверительная вероятность и доверительный интервал.

3. Объяснить полученную форму записи результата измерения.

4. Как повысить точность результата измерений?

Часть 2. Знакомство с элементами электрических цепей. Изучение потенциометра.

 Следует различать понятия: резистор и сопротивление.

 Резистор – это элемент, обладающий сопротивлением, например, кусок проволоки, катушка, реостат. Любой участок электрической цепи имеет сопротивление.

 Сопротивление- это физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать прохождению электрического тока. На электрических схемах обозначается буквой R.

 Различают резистор с постоянным сопротивлением (рис.1а) и переменный резистор (рис.1б). Конструктивно переменный резистор может быть выполнен линейным или круговым.

 Примечание: большинство ручек управления радиоприёмников, телевизоров и т.п. связано с переменным сопротивлением.

 Реостат и потенциометр – это схемы включения переменного сопротивления.

 Включение переменного сопротивления по схеме реостата показано на рис.2. Реостат служит для изменения силы тока в цепи. В схеме на рис.2 реостатом регулируется яркость лампы с сопротивлением RЛ .

 Включение переменного сопротивления по схеме потенциометра показано на рис.3. Потенциометр служит для плавного регулирования напряжения на участке цепи. Он играет роль делителя напряжения (подробнее ниже).


Курс лекций и лабораторных по физике