Лабораторна робота №1: обробка результатів, визначення похибок вимірювань
Матеріал
Урок 12. Лабораторна робота №1: обробка результатів, визначення похибок вимірювань
Мета уроку: навчитися обробляти результати фізичних вимірювань, обчислювати середнє значення вимірюваної величини, абсолютну та відносну похибки, а також оцінювати точність отриманих результатів
Очікувані результати для вчителя:
Очікувані результати для учнівства:
Ключові слова:
- середнє значення
- мода
- медіана
- дисперсія
- стандартне відхилення
- абсолютна та відносна похибки
Дружня порада вчителю
Наявність двох варіантів лабораторної роботи дає можливість диференціації та вибору.
Варіант № 1
(вимірювання довжини стержня)
Дружня порада вчителю
Забезпечте наявність всього необхідного обладнання
Обладнання:
- лінійка або штангенциркуль
- стержень довільної довжини
План уроку:
- Теоретична частина
- Хід роботи
- Обробка результатів
- Висновок
- Контрольні запитання
Дружня порада вчителю
Тривалість до 5 хв
Зв’яжіть теоретичні знання з практичним застосуванням у лабораторній роботі
Вимірювання – це процес визначення значення фізичної величини за допомогою спеціального приладу (лінійка, штангенциркуль, термометр, ваги тощо).
Наприклад, якщо ми вимірюємо довжину стержня лінійкою, ми отримаємо значення в міліметрах або сантиметрах.
Але будь-яке вимірювання не є абсолютно точним, бо завжди є певна похибка.
Якщо ми зробили n вимірювань довжини
l1, l2, …, ln, то середнє значення обчислюється за формулою:
(1) ![]()
Для оцінки випадкової похибки ∆lвип – воно ж середньоквадратичне відхилення – можна використовувати дві різні формули:
для розрахунку вибірки:
(2) 
або серії вимірювань:
(3) 
В даній роботі рекомендується використовувати формулу для серії вимірювань, оскільки вона враховує характер вимірювань у фізичних експериментах і дозволяє точніше оцінити похибку при невеликій кількості спостережень.
Повна абсолютна похибка ∆lпов вимірювань:
(4) ![]()
де ∆lінстр – інструментальна похибка, тобто похибка показань приладу.
Для лінійки з поділкою 1 мм: ∆lінстр=±0,5 мм
Для штангенциркуля з точністю 0,1 мм: ∆lінстр=±0,05 мм
Відносна похибка (%):
(5) ![]()
Результат вимірювання записуються як
(6) ![]()
Дружня порада вчителю
Тривалість до 25 хв.
Перед початком роботи переконайтеся, що всі учні розуміють кожен крок. Продемонструйте правильні техніки вимірювання. Акцентуйте увагу на важливості правильного округлення результатів. Забезпечте індивідуальну допомогу учням, які цього потребують. Навчіть учнів акуратно та охайно оформлювати результати вимірювань.
- Проведіть серію з 10 вимірювань довжини одного і того ж стержня. Запишіть результати вимірювань до таблиці № 1.
Таблиця № 1
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| l, мм |
- Знайдіть середнє значення l:




- Знайдіть повну абсолютну похибку вимірювань ∆lпов:

- Знайдіть відносну похибку вимірювань ε , %:


Дружня порада вчителю
Тривалість до 3 хв.
Запишіть результати розрахунків до таблиці № 2.
Таблиця № 2
Дружня порада вчителю
Тривалість до 6 хв.
Навчіть учнів робити змістовні та обґрунтовані висновки. Заохочуйте їх аналізувати можливі джерела похибок та їх вплив на результат. Обговоріть, як можна покращити точність вимірювань у майбутніх експериментах.
- У результаті виконання лабораторної роботи ми визначили середню довжину стержня:

- Визначено випадкову та повну абсолютну похибку вимірювань

- Відносна похибка становила ______ %, що свідчить про ______________ (достатню / низьку / високу) точність вимірювань.

- Найбільший вплив на точність результату мав (ла)

- Дійсні значення довжини лежать в інтервалі

Дружня порада вчителю
Тривалість до 6 хв.
Запитання спрямовані на перевірку розуміння учнями ключових понять та їх застосування
- Що таке похибка вимірювання?
- Яка різниця між абсолютною та відносною похибкою?
- Що таке середнє значення та для чого його використовують при обробці результатів вимірювань?
- Як можна усунути або мінімізувати похибки?
| _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Варіант № 2
(вимірювання маси тягарця)
Дружня порада вчителю
Забезпечте наявність всього необхідного обладнання
Обладнання:
- тягарець довільної маси та електронні ваги
План уроку:
- Теоретична частина
- Хід роботи
- Обробка результатів
- Висновок
- Контрольні запитання
Дружня порада вчителю
Тривалість до 5 хв.
Зв’яжіть теоретичні знання з практичним застосуванням у лабораторній роботі
Вимірювання – це процес визначення значення фізичної величини за допомогою спеціального приладу (лінійка, штангенциркуль, термометр, ваги тощо).
Наприклад, якщо ми вимірюємо масу тягарця, ми отримаємо значення в міліграмах або грамах.
Але будь-яке вимірювання не є абсолютно точним, бо завжди є певна похибка.
Якщо ми зробили n вимірювань довжини
m1, m2, …, mn, то середнє значення обчислюється за формулою:
(12) ![]()
Для оцінки випадкової похибки ∆mвип – воно ж середньоквадратичне відхилення – можна використовувати дві різні формули:
для розрахунку вибірки:
(13) 
або серії вимірювань:
(14) 
В даній роботі рекомендується використовувати формулу для серії вимірювань, оскільки вона враховує характер вимірювань у фізичних експериментах і дозволяє точніше оцінити похибку при невеликій кількості спостережень.
Повна абсолютна похибка ∆mпов вимірювань:
(15) ![]()
де ∆mінстр – інструментальна похибка, тобто похибка показань приладу.
Для лабораторних вагів з поділкою 0,01 г: ∆mінстр=±0,005 г
Для кухонних вагів з поділкою 0,1 г: ∆mінстр=±0,05 г
Для кухонних вагів з поділкою 1 г: ∆mінстр=±0,5 г
Відносна похибка (%):
(16) ![]()
Результат вимірювання записуються як
(17) ![]()
Дружня порада вчителю
Тривалість до 25 хв.
Перед початком роботи переконайтеся, що всі учні розуміють кожен крок. Продемонструйте правильні техніки вимірювання. Акцентуйте увагу на важливості правильного округлення результатів. Забезпечте індивідуальну допомогу учням, які цього потребують. Навчіть учнів акуратно та охайно оформлювати результати вимірювань.
- Проведіть серію з 10 вимірювань маси одного і того ж тягарця. Запишіть результати вимірювань до таблиці № 1.
Таблиця № 1
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| m, г |
- Знайдіть середнє значення m:



- Знайдіть ∆mвип:
(20) 

- Знайдіть повну абсолютну похибку вимірювань ∆mпов:

- Знайдіть відносну похибку вимірювань ε, %:

- Запишіть результат вимірювань m=m±∆mпов

Дружня порада вчителю
Тривалість до 3 хв.
Запишіть результати розрахунків до таблиці № 2.
Таблиця № 2
| m, г | ∆mвип, г | ∆mпов, г | ε, % | m=m±∆mпов, г |
|---|---|---|---|---|
Дружня порада вчителю
Тривалість до 6 хв.
Навчіть учнів робити змістовні та обґрунтовані висновки. Заохочуйте їх аналізувати можливі джерела похибок та їх вплив на результат. Обговоріть, як можна покращити точність вимірювань у майбутніх експериментах.
- У результаті виконання лабораторної роботи ми визначили середню масу тягарця:

- Визначено випадкову та повну абсолютну похибку вимірювань

- Відносна похибка становила ______ %, що свідчить про ______________ (достатню / низьку / високу) точність вимірювань.
- Найбільший вплив на точність результату мав (ла)

- Дійсні значення маси лежать в інтервалі

Дружня порада вчителю
Тривалість до 6 хв.
Запитання спрямовані на перевірку розуміння учнями ключових понять та їх застосування.
- Що таке похибка вимірювання?
- Яка різниця між абсолютною та відносною похибкою?
- Що таке середнє значення та для чого його використовують при обробці результатів вимірювань?
- Як можна усунути або мінімізувати похибки?


Дружня порада вчителю
Надано готові дані для опрацювання, що є корисним для дистанційного навчання або для учнів, які не змогли виконати. практичну частину. Поясніть учням, як використовувати ці дані.
Таблиця даних для дистанційного виконання
Варіант 1
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| l, мм | 145 | 144 | 143 | 144 | 145 | 146 | 145 | 143 | 144 | 145 |
Варіант 2
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| l, мм | 51 | 52 | 51 | 53 | 52 | 50 | 51 | 50 | 51 | 50 |
Варіант 3
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| l, мм | 185 | 186 | 184 | 183 | 185 | 186 | 185 | 184 | 185 | 186 |
Варіант 4
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| l, мм | 145,5 | 145,6 | 145,3 | 145,4 | 145,7 | 145,6 | 145,5 | 145,7 | 145,4 | 145,5 |
Варіант 5
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| l, мм | 12,8 | 12,7 | 12,6 | 12,5 | 12,6 | 12,7 | 12,6 | 12,7 | 12,8 | 12,6 |
Варіант 6
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| m, г | 25,5 | 25,6 | 25,8 | 25,2 | 25,4 | 25,6 | 25,2 | 25,4 | 25,6 | 25,3 |
Варіант 7
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| m, г | 128,4 | 128,1 | 128,5 | 128,6 | 128,4 | 128,2 | 128,7 | 128,4 | 128,3 | 128,5 |
Варіант 8
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| m, г | 12,25 | 12,28 | 12,22 | 12,29 | 12,25 | 12,26 | 12,22 | 12,25 | 12,26 | 12,21 |
Варіант 9
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| m, г | 55,45 | 55,39 | 55,42 | 55,46 | 55,43 | 55,48 | 55,47 | 55,43 | 55,42 | 55,44 |
Варіант 10
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| m, г | 60,2 | 60,3 | 60,4 | 60,6 | 60,2 | 60,3 | 60,5 | 60,4 | 60,6 | 60,3 |
Дружня порада вчителю
Надання посилання на відео для додаткового навчання та закріплення матеріалу.
Обговоріть зміст відео на наступному уроці.
Продивитись відео з теми за посиланням
https://youtu.be/d57JD-9AoQk?si=QAgVii_QSD6Fb-m6
Відео
Обговоріть зміст відео на наступному уроці
Урок 12. Лабораторна робота №1: обробка результатів, визначення похибок вимірювань
Робочий аркуш учнівства
Мета уроку: навчитися обробляти результати фізичних вимірювань, обчислювати середнє значення вимірюваної величини, абсолютну та відносну похибки, а також оцінювати точність отриманих результатів
Очікувані результати для учнівства:
Ключові слова:
- середнє значення
- мода
- медіана
- дисперсія
- стандартне відхилення
- абсолютна та відносна похибки
Варіант № 1
(вимірювання довжини стержня)
Обладнання:
- лінійка або штангенциркуль
- стержень довільної довжини
План уроку:
- Теоретична частина
- Хід роботи
- Обробка результатів
- Висновок
- Контрольні запитання
Вимірювання – це процес визначення значення фізичної величини за допомогою спеціального приладу (лінійка, штангенциркуль, термометр, ваги тощо).
Наприклад, якщо ми вимірюємо довжину стержня лінійкою, ми отримаємо значення в міліметрах або сантиметрах.
Але будь-яке вимірювання не є абсолютно точним, бо завжди є певна похибка.
Якщо ми зробили n вимірювань довжини
l1, l2, …, ln, то середнє значення обчислюється за формулою:
(21) ![]()
Для оцінки випадкової похибки ∆lвип – воно ж середньоквадратичне відхилення – можна використовувати дві різні формули:
для розрахунку вибірки:
(22) 
або серії вимірювань:
(23) 
В даній роботі рекомендується використовувати формулу для серії вимірювань, оскільки вона враховує характер вимірювань у фізичних експериментах і дозволяє точніше оцінити похибку при невеликій кількості спостережень.
Повна абсолютна похибка ∆lпов вимірювань:
(24) ![]()
де ∆lінстр – інструментальна похибка, тобто похибка показань приладу.
Для лінійки з поділкою 1 мм: ∆lінстр=±0,5 мм
Для штангенциркуля з точністю 0,1 мм: ∆lінстр=±0,05 мм
Відносна похибка (%):
(25) ![]()
Результат вимірювання записуються як
(26) ![]()
- Проведіть серію з 10 вимірювань довжини одного і того ж стержня. Запишіть результати вимірювань до таблиці № 1.
Таблиця № 1
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| l, мм |
- Знайдіть середнє значення l:

- Знайдіть квадрати відхилень кожного значення від середнього (li-l)2:



- Знайдіть повну абсолютну похибку вимірювань ∆lпов:

- Знайдіть відносну похибку вимірювань ε, %:

- Запишіть результат вимірювань l=l±∆lпов:

Запишіть результати розрахунків до таблиці № 2.
Таблиця № 2
| l, мм | ∆lвип, мм | ∆lпов, мм | ε, % | l=l±∆lпов, мм |
|---|---|---|---|---|
- У результаті виконання лабораторної роботи ми визначили середню довжину стержня:

- Визначено випадкову та повну абсолютну похибку вимірювань

- Відносна похибка становила ______ %, що свідчить про ______________ (достатню / низьку / високу) точність вимірювань.

- Найбільший вплив на точність результату мав (ла)

- Дійсні значення довжини лежать в інтервалі

- Що таке похибка вимірювання?
- Яка різниця між абсолютною та відносною похибкою?
- Що таке середнє значення та для чого його використовують при обробці результатів вимірювань?
- Як можна усунути або мінімізувати похибки?
| _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ |
Варіант № 2
(вимірювання маси тягарця)
Обладнання:
- тягарець довільної маси та електронні ваги
План уроку:
- Теоретична частина
- Хід роботи
- Обробка результатів
- Висновок
- Контрольні запитання
Вимірювання – це процес визначення значення фізичної величини за допомогою спеціального приладу (лінійка, штангенциркуль, термометр, ваги тощо).
Наприклад, якщо ми вимірюємо масу тягарця, ми отримаємо значення в міліграмах або грамах.
Але будь-яке вимірювання не є абсолютно точним, бо завжди є певна похибка.
Якщо ми зробили n вимірювань довжини
m1, m2, …, mn, то середнє значення обчислюється за формулою:
(29) ![]()
Для оцінки випадкової похибки ∆mвип – воно ж середньоквадратичне відхилення – можна використовувати дві різні формули:
для розрахунку вибірки:
(30) 
або серії вимірювань:
(31) 
В даній роботі рекомендується використовувати формулу для серії вимірювань, оскільки вона враховує характер вимірювань у фізичних експериментах і дозволяє точніше оцінити похибку при невеликій кількості спостережень.
Повна абсолютна похибка ∆mпов вимірювань:
(32) ![]()
де ∆mінстр – інструментальна похибка, тобто похибка показань приладу.
Для лабораторних вагів з поділкою 0,01 г: ∆mінстр=±0,005 г
Для кухонних вагів з поділкою 0,1 г: ∆mінстр=±0,05 г
Для кухонних вагів з поділкою 1 г: ∆mінстр=±0,5 г
Відносна похибка (%):
(33) ![]()
Результат вимірювання записуються як
(34) ![]()
- Проведіть серію з 10 вимірювань маси одного і того ж тягарця. Запишіть результати вимірювань до таблиці № 1.
Таблиця № 1
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| m, г |
- Знайдіть середнє значення m:




- Знайдіть повну абсолютну похибку вимірювань ∆mпов:

- Знайдіть відносну похибку вимірювань ε, %:

- Запишіть результат вимірювань m=m±∆mпов:

Запишіть результати розрахунків до таблиці № 2.
Таблиця № 2
| m, г | ∆mвип, г | ∆mпов, г | , % | m=m±∆mпов, г |
|---|---|---|---|---|
- У результаті виконання лабораторної роботи ми визначили середню масу тягарця:

- Визначено випадкову та повну абсолютну похибку вимірювань

- Відносна похибка становила ______ %, що свідчить про ______________ (достатню / низьку / високу) точність вимірювань.
- Найбільший вплив на точність результату мав (ла)

- Дійсні значення маси лежать в інтервалі

- Що таке похибка вимірювання?
- Яка різниця між абсолютною та відносною похибкою?
- Що таке середнє значення та для чого його використовують при обробці результатів вимірювань?
- Як можна усунути або мінімізувати похибки?


Таблиця даних для дистанційного виконання
Варіант 1
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| l, мм | 145 | 144 | 143 | 144 | 145 | 146 | 145 | 143 | 144 | 145 |
Варіант 2
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| l, мм | 51 | 52 | 51 | 53 | 52 | 50 | 51 | 50 | 51 | 50 |
Варіант 3
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| l, мм | 185 | 186 | 184 | 183 | 185 | 186 | 185 | 184 | 185 | 186 |
Варіант 4
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| l, мм | 145,5 | 145,6 | 145,3 | 145,4 | 145,7 | 145,6 | 145,5 | 145,7 | 145,4 | 145,5 |
Варіант 5
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| l, мм | 12,8 | 12,7 | 12,6 | 12,5 | 12,6 | 12,7 | 12,6 | 12,7 | 12,8 | 12,6 |
Варіант 6
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| m, г | 25,5 | 25,6 | 25,8 | 25,2 | 25,4 | 25,6 | 25,2 | 25,4 | 25,6 | 25,3 |
Варіант 7
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| m, г | 128,4 | 128,1 | 128,5 | 128,6 | 128,4 | 128,2 | 128,7 | 128,4 | 128,3 | 128,5 |
Варіант 8
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| m, г | 12,25 | 12,28 | 12,22 | 12,29 | 12,25 | 12,26 | 12,22 | 12,25 | 12,26 | 12,21 |
Варіант 9
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| m, г | 55,45 | 55,39 | 55,42 | 55,46 | 55,43 | 55,48 | 55,47 | 55,43 | 55,42 | 55,44 |
Варіант 10
| № | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| m, г | 60,2 | 60,3 | 60,4 | 60,6 | 60,2 | 60,3 | 60,5 | 60,4 | 60,6 | 60,3 |
Продивитись відео з теми за посиланням
https://youtu.be/d57JD-9AoQk?si=QAgVii_QSD6Fb-m6
Відео
Обговоріть зміст відео на наступному уроці


Ділись та обговорюй важливе