Главная страница

Методическое пособие лаб. раб. Учебное пособие для студентов первого курса медицинских вузов Пермь 2008 2 Авторы-составители


Скачать 1.98 Mb.
НазваниеУчебное пособие для студентов первого курса медицинских вузов Пермь 2008 2 Авторы-составители
АнкорМетодическое пособие лаб. раб.pdf
Дата08.10.2018
Размер1.98 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаMetodicheskoe_posobie_lab_rab.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипУчебное пособие
#46743
страница1 из 12
Каталогpsmu2016

С этим файлом связано 3 файл(ов). Среди них: ped_tselevoe.pdf, inostrantsy_kontrakt.pdf, Metodicheskoe_posobie_lab_rab.pdf, БИОЛОГИЯ.doc.
Показать все связанные файлы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Пермская государственная медицинская академия имени академика Е.А. Вагнера
Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию»
ПРАКТИЧЕСКИЕ И ЛАБОРАТОРНЫЕ
ЗАНЯТИЯ ПО ФИЗИКЕ
Учебное пособие
для студентов первого курса медицинских вузов
Пермь 2008

2
Авторы-составители:
Кирко Г.Е.- д-р физ.-мат. наук, проф., Афанасьев А.Л.- канд.биол. наук, Кустова Я.Р.,
Корякина А.Г., Смирнова З.А., Зернина Н.В., Сазонова Н.К., Черемных М.Р.
УДК 53(076.5)
ББК 22.3я73
П 69
ПРАКТИЧЕСКИЕ И ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ ПО ФИЗИКЕ: учебное пособие для студентов первого курса медицинских вузов/ Г.Е. Кирко и др./ Пермь: ГОУ ВПО ПГМА им. ак. Е.А. Вагнера Росздрава, 2008-153с.
Представлен курс лабораторных работ по медицинской и биологической физике, включающий в себя необходимый теоретический материал и алгоритм проведения практической работы. Издание иллюстрировано схемами и таблицами для успешного проведения лабораторного практикума. Пособие предназначено для студентов первого курса лечебного, педиатрического, стоматологического и медико-профилактического факультетов медицинских вузов.
ISBN
Рецензенты:
Путин Г.Ф.- д-р физ.-мат. наук, профессор Пермского государственного университета,
Кузнецов В.А.- д-р физ.-мат. наук, профессор Магнитогорского государственного университета.
Печатается по решению ученого совета ГОУ ВПО ПГМА им. ак. Е.А. Вагнера Росздрава.
УДК 53(076.5)
ББК 22.3я73
ISBN ©ГОУ ВПО ПГМА им. ак. Е.А. Вагнера Росздрава, 2008
© Коллектив авторов, 2008

3
СОДЕРЖАНИЕ
Лабораторная работа №1
Определение плотности твердого тела
……………
4
Лабораторная работа №2
Определение момента инерции тела
……………
15
Лабораторная работа №3
Изучение упругих свойств костной ткани
……………
20
Лабораторная работа №4
Изучение основных закономерностей гидродинамики и
реологии
……………
31
Лабораторная работа №5
Изучение аппарата для гальванизации
……………
50
Лабораторная работа №6
Изучение процессов, происходящих в цепи
переменного тока
……………
58
Лабораторная работа №7
Изучение работы электронного осциллографа
……………
70
Лабораторная работа №8
Изучение аппарата низкочастотной терапии
……………
82
Лабораторная работа №9
Изучение аппарата УВЧ- терапии
……………
98
Лабораторная работа №10
Исследование работы датчиков
……………
112
Лабораторная работа №11
Определение увеличения микроскопа и измерение
линейных размеров малых объектов
……………
125
Лабораторная работа №12
Физические основы кардиографии
……………
140

4
Лабораторная работа №1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА
Цель работы: освоить расчет ошибок косвенных измерений на примере определения плотности тела.
Приборы и принадлежности: цилиндр, технические весы, разновесы, штангенциркуль
ТЕОРИЯ
Выполнение лабораторных работ связано с измерением различного рода физических величин.
Измерение - это процесс сравнения измеряемой величины с однородной ей величиной, принятой за единицу меры. Вследствие несовершенства наших органов чувств и измерительных приборов измерения выполняются с ограниченной степенью точности, т. е. значение измеряемой величины отличается от истинного.
Под степенью точности прибора понимается та наименьшая часть единицы меры, до которой с уверенностью в правильности результата может быть проведено измерение (например, степень точности школьной линейки 1 мм).
Ошибки (погрешности), возникающие при измерении, делятся на два больших класса: систематические и случайные.
Систематические ошибки - ошибки, сохраняющие свою величину и знак от измерения к измерению. Они связаны с неисправностью прибора, неудачно выбранным методом измерений и т. д. Так как систематические ошибки постоянны, они не поддаются математическому анализу, но их можно выявить и устранить.
Случайные ошибки - ошибки, которые непредсказуемым образом изменяют свою величину (и знак) от измерения к измерению. Они являются следствием несовершенства наших органов чувств, действия факторов, влияние которых невозможно учесть, и т. д.
Устранить их нельзя, но они подчиняются статистическим закономерностям, их можно рассчитать, используя методы математической статистики. Величина случайной ошибки существенно уменьшается при увеличении числа измерений.
Измерения делятся на два вида: прямые и косвенные.

5
Прямые измерения - измерения, при которых числовые значения искомой величины получаются непосредственным сравнением ее с единицей меры.
Косвенные измерения - измерения, при которых значения искомой величины находятся по результатам измерений других величин, связанных с этой величиной, определенной функциональной зависимостью.
Расчет ошибок прямого измерения
Пусть проведено n измерений некоторой величины Х. В результате получен ряд значений этой величины:
;...,
;
;
3 2
1
n
Х
Х
Х
Х
Наиболее вероятным является среднее арифметическое значение этой величины
 
Х
:
Х
=


,
...







n
i
i
n
Х
n
Х
Х
Х
Х
n
1 3
2 1
1 1
где i=1,2,3,…,n
Величина
/
/
i
i
X
X
Х



называется абсолютной погрешностью отдельного
измерения.
Средней
арифметической
погрешностью
Х

называют среднее арифметическое значение абсолютных погрешностей отдельных измерений:
.





n
i
i
X
n
Х
1 1
Средняя арифметическая
Х

определяет интервал
Х
Х


, внутри которого находится истинное значение измеряемой величины Х. Качество результата измерений характеризуется средней относительной погрешностью.
Средней относительной погрешностью
Е
называют отношение средней арифметической погрешности
Х

к среднему значению измеряемой величины
Х
:
%.
100



Х
Х
Е
Для более точного расчета абсолютной погрешности используют суммарную погрешность
Х

Суммарная погрешность
Х

учитывает случайную погрешность


, погрешность прибора пр
Δ
, погрешность округления окр
Δ
и определяется соотношением

6 2
окр
2
пр
2
Δ
Δ
Δ
Δ




Х
, (1) где


определяют по формуле Стьюдента:
 






1 1
1 2
α
1 2
α











n
n
X
X
t
n
n
X
t
n
i
i
n
n
i
n
,
,

,
t
n
,
α
- коэффициент Стьюдента (берется из таблицы Стьюдента),n- число измерений;


3 2
Δ
пр
, где

- предельная ошибка прибора, указанная в паспорте.
ω
48
,
0
Δ
окр

, где
ω
- наименьшее деление прибора.
Расчет ошибок косвенного измерения
Пусть искомая величина Z является функцией двух переменных: X и Y, т.е
Z=f(x, y).
Установлено, что абсолютная ошибка функции y=f(x) равна произведению производной этой функции на абсолютную ошибку аргумента, т. е.
x
dx
dy
x








Поэтому для определения абсолютной ошибки функции Z= f(x,y) находят полный дифференциал этой функции:
dz=
dy
y
z
dx
x
z





, (2) где
x
z


и
y
z


- частные производные функции Z по аргументам X и Y.
Каждая частная производная находится как простая производная функции Z=f(x,y) по соответствующему аргументу, если оставшийся аргумент рассматривать как постоянный множитель.
При малых значениях дифференциалов аргументов dx и dy (или приращений аргументов X

и
Y

) приращение функции
dZ
Z


В этом случае формула (2) принимает вид

Z=
Υ
Χ
Δ
Δ
y z
x z






7
В качестве средней абсолютной погрешности принимают среднюю квадратичную
погрешность
Z

, которая определяется соотношением
2 2


















Υ
y
z
Χ
x
z
Z
Δ
Δ
Δ
, (3) где
Χ
Δ
и Y

-суммарные погрешности измерений величины X и Y, определяемые по формуле (1).
Средняя относительная погрешность величины Z рассчитывается по формуле
Z
Z
Ε


Следовательно, разделив обе части выражения (3) на
Z
, получим относительную
погрешность функции Z:
2 2
2 2
1 1


















Υ
y
z
Z
Χ
x
z
Z
Ε
Δ
Δ
Зная относительную погрешность, находят абсолютную ошибку величины Z:
Z
Z




Окончательный результат измерений записывают так:
Z=
Z
Z


Рассмотрим расчет ошибок на примере определения плотности твердого тела правильной геометрической формы. Для цилиндра массой m, высотой h, диаметром D средняя плотность определяется соотношением
2 4
D
h
m
S
h
m
V
m







Используя формулу (3), для нашего случая получаем
2 2
2



































D
D
h
h
m
m
Найдя частные производные
D
h
m









;
;
, имеем
2 2
4 4
4 2
2 2
2 2
2



























D
h
D
m
D
h
h
m
D
h
m
Δ
Δ
Δ
Δ

8
Разделив левую и правую части последнего выражения на
4 2
2 2
2 2
4
D
h
m



, получаем
2 2
2 2
2





 






 






 










D
D
h
h
m
m
, отсюда
2 2
2 2





 






 






 




D
D
h
h
m
m
Таким образом, относительная погрешность плотности
2 2
2 2





 






 






 





D
D
h
h
m
m
E
Зная относительную ошибку, находим абсолютную погрешность плотности (


):





Е
Окончательный результат запишем так:
.






При обработке результатов измерений следует помнить, что точность вычислений должна быть согласована с точностью самих измерений. Например, если хотя бы одна из величин в каком-либо выражении определена с точностью до двух значащих цифр, то нет смысла вести вычисление результата с точностью большей двух значащих цифр. Для уточнения последней значащей цифры результата нужно вычислить следующую за ней цифру: если она окажется меньше 5, то ее следует просто отбросить; если она больше 5 или равна 5, то отбросив ее, следует предыдущую цифру увеличить на единицу.
Вычисление погрешности измерений производят с такой же точностью, что и вычисление самой измеряемой величины.
Например:
Правильно: Неправильно:
Z= 284 1

Z= 284,5 1

Z= 52,7 3
,
0

Z=52,74 3
,
0

Z= 4,750 006
,
0

Z=4,75 006
,
0


9
ОПИСАНИЕ ПРИБОРОВ
1. Штангенциркуль
Штангенциркули бывают различной формы и неодинаковой точности. Чаще всего они представляют собой Т-образную масштабную линейку (рис.1), вдоль которой свободно передвигается меньшая линеечка-нониус.
Рис.1
Т-образные ветви линеечек, или “ножки” штангенциркуля, служат для контакта с измеряемым телом. Нижние их концы предназначены для измерения наружных размеров тел, а верхние - внутренних (например, внутреннего диаметра трубки).
Подвижная линейка имеет прорез, через который видны деления масштабной линейки. На нижней скошенной кромке прореза нанесены деления нониуса.
Нониус служит для более точного отсчета долей масштаба. Масштабная линейка разделена на см и мм. Рассмотрим штангенциркуль с точность измерения 0,1 мм. Деление нониуса такого штангенциркуля на 0,1 мм короче деления масштабной линейки, т. е. в 10 делениях нониуса укладывается 9 делений масштаба. Таким образом, цена наименьшего деления прибора 0,1 мм. При плотно сомкнутых “ножках” штангенциркуля нуль нониуса и нуль масштаба совпадают (рис. 2, положение 1).
Для измерения линейного размера тела его помещают между “ножками” штангенциркуля так, чтобы соприкосновение “ножек” с телом было полным, но не
Т-образная масштабная линейка

10 вызывало бы деформации. В этом случае расстояние между нулевыми штрихами масштаба и нониуса соответствует размеру измеряемой величины.
Рассмотрим два примера:
1.
Нулевое деление нониуса точно совпадает с каким-либо делением масштаба, например, с 5-м делением. Это значит, что измеряемая величина равна 5 мм (рис. 2, положение 2);
2.
Нулевое деление нониуса не совпадает ни с одним делением масштаба (рис.2, положение 3). Смотрят, какое деление масштаба прошел нуль нониуса (например, третье), затем - какой из штрихов нониуса совместился (составляет одну прямую) с каким-либо штрихом масштаба. На нашем рисунке седьмой штрих нониуса совпадает с десятым делением масштаба. Так как цена наименьшего деления данного штангенциркуля (точность прибора) 0,1 мм, то седьмой штрих нониуса соответствует
0,7 мм. Следовательно, длина измеряемого тела равна 3 мм + 0,7 мм = 3,7 мм.
Имеются штангенциркули с точностью 0,05 мм. Цена наименьшего деления указывается на штангенциркуле.
При раздвижении “ножек” штангенциркуля с конца масштабной линейки выдвигается игла. Длина ее соответствует расстоянию между нулевыми штрихами нониуса и шкалы масштаба, поэтому игла может быть использована как измеритель глубины отверстия, трубки и т. д.
Рис.2

11
2.
Весы
В данной работе используются технические весы.
Приступая к взвешиванию, необходимо соблюдать следующие правила:
1. Проверить исправность весов: а) весы должны быть в равновесии (какая-либо чашка не должна перевешивать); б) стрелка указателя при качании коромысла не должна задевать шкалу с делениями.
2. Нагружать весы взвешиваемым телом или разновесами, а также снимать их с чашки весов можно только при арретированных весах.
Арретир - приспособление, позволяющее класть коромысло весов на опоры, предохраняющие призмы весов от износа.
3.
Разновесы брать пинцетом и ставить их так, чтобы общий центр тяжести грузов приходился на середину чашки.
3.
Микрометр
Прибор для измерения линейных размеров тела представлен на рис. 3. На одном конце массивной скобы 1 имеется подвижная пята 2.
Через другой конец скобы проходит стержень
3, соединенный с цилиндром 4, внутри которого находится микрометрический винт.
Головкой винта служит трубочка
5, один конец которой свободно охватывает цилиндр 4, а на другом имеется выступ с трещоткой 6. При соприкосновении стержня с измеряемым телом трещотка вращается, не завинчивая винт, при этом раздается треск.
Рис.3

12
Для отсчета размеров, производимых микрометром, на цилиндре 4 проведена черта 7, по обе стороны которой нанесены деления. Нижние деления отмеряют количество целых миллиметров, верхние штрихи отмечают 0,5 мм. Шаг винта равен 0,5 мм, поэтому за один полный оборот трубка 5 переместится по цилиндру 4 поступательно на одно деление, т.е. на 0,5 мм.
Край трубки 5 разделен по окружности на 50 делений, таким образом одно деление на этой шкале соответствует 0,01 мм.
Когда стержень движением головки винта трубки 5 подведен к неподвижной пяте
2, микрометр должен показывать нуль. Край трубки 5 с нанесенными на нем делениями должен совпадать с нулем продольной шкалы цилиндра 4, и продольная черта должна совпадать с нулем круговой шкалы, нанесенной на трубку. Если совпадения не наблюдается, то при измерениях нужно учитывать эту поправку.
Для определения размера измеряемое тело прикладывают к пяте и надвигают стержень до плотного соприкосновения с телом ( о чем можно судить по звуку трещотки).
Затем производят отсчет по шкалам:
1)
по нижней шкале 7 на цилиндре отсчитывают число целых миллиметров
2)
по верхней шкале 7 определяют перемещение на 0,5 мм
3)
по круговой шкале 8- сотые доли миллиметра.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Плотностью тела, имеющего массу m и объем V, называется величина ρ,
V
m


Массу тела определяют непосредственным взвешиванием на весах. Для нахождения объема тела необходимо знать его геометрические размеры: длину, ширину, радиус и т.д. Вычисляют объем тела по формуле в соответствии с его формой.
1.
Определить массу тела однократным взвешиванием на весах.
2.
Измерить высоту (h) и диаметр (D) цилиндра штангенциркулем
( Измерения провести 5 раз).
3.
Результаты измерений записать в таблицу.

13
№ п/п
h (см)
D (см)
m (г)
i
h
h

(
i
h
h

)
2
i
D
D



2
i
D
D

1 2
3 4
5
Сумма
Среднее
4.
Найти среднее значение измеренных величин h и D при прямых измерениях как среднее арифметическое:
Χ =


n
i
i
Χ
n
1 1
, где Х
1
, Х
2
,…, Х
n
– измеренные значения величины;
n- число измерений.
5.
Определить среднее значение плотности:
2 4
D
h
m





6. Вычислить относительную погрешность плотности:
2 2
2





















D
D
h
h
m
m
E
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

перейти в каталог файлов
связь с админом