Физические основы измерений. Базовый учебно-методический комплекс

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«УТВЕРЖДАЮ» РЕКТОР ТРТУ _______________________ ЗАХАРЕВИЧ В.Г. «____»_____________200__г.

БАЗОВЫЙ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС дисциплины «Физические основы измерений» Образовательной профессиональной программы (ОПП) для специальности 210100 – управление и информатика в технических системах и специальности 210200 – автоматизация технологических процессов и производств (в энергетике), направление 657900 – автоматизированные технологии и производства Факультет автоматики и вычислительной техники Выпускающая кафедра по ОПП кафедра систем автоматического управления Таганрог 2006 г.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «СОГЛАСОВАНО» Председатель методической комиссии по образовательной программе

«УТВЕРЖДАЮ» Декан _________ЕГ_______факультета

___________________________ ___________________________ _______________И.Б.Доценко

____________________________ ____________________________ ______________В.В.Василовский

«____»____________2006/7__ учеб.год

«____»___________2006/7___ учеб.год

Образовательная профессиональная программа (ОПП) для специальности 210100 – управление и информатика в технических системах и специальности 210200 – автоматизация технологических процессов и производств (в энергетике), направление 657900 – автоматизированные технологии и производства Факультет автоматики и вычислительной техники Выпускающая кафедра по ОПП кафедра систем автоматического управления

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА дисциплины «Физические основы измерений» Кафедра физики Форма обучения Технология обучения

Академические часы 102 Учебных занятий Из них: лекций лабораторных самостоятельных индивидуальных курсовая работа Промежуточный рейтинг-контроль (зачет) Итоговый рейтингконтроль (зачет)

-

102 час.

-

36 час. 18 час. 48 час. 0 час. 0 час. ___5_____ семестры 5 (зачет)

Срок обучения

очная стандартная

Курс 3

5 лет

Семестр

5

Зачетные единицы 2,83 Учебных занятий Из них: лекций лабораторных самостоятельных индивидуальных курсовая работа Промежуточный рейтингконтроль (зачет) Итоговый рейтингконтроль (зачет)

-

2,83 балла 1,0 балл. 0,5 балл. 1,33 балл. 0 балл. 0 балл. __5______ семестры 5 (зачет)

2

Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта Российской Федерации образовательной профессиональной программы (ОПП) для специальности 210100 – управление и информатика в технических системах и специальности 210200 – автоматизация технологических процессов и производств (в энергетике), направление 657900 – автоматизированные технологии и производства

Составитель: Должность

Ученая степень

Звание

Ф.И.О.

Подпись

профессор

к.ф.-м.н.

доцент

Сапогин В.Г.

Рабочая программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры физики Зав. кафедрой

А.Г.Захаров

Согласовано со специальной кафедрой Название кафедры Кафедра систем автоматического управления

Дата

Подпись

Ф.И.О. руководителя д.т.н., профессор Финаев В.И.

3

1. МЕСТО, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПРОГРАММЕ, реализуемой в университете 1.1.

Место дисциплины в реализации основных задач образовательной профессиональной программы (ОПП). Дисциплина «Физические основы измерений» входит в блок общепрофессиональных дисциплин, федеральный компонент ОПД Ф.06. 1.2.

Место дисциплины в обеспечении образовательных интересов личности обучающегося студента по данной ОПП. При изучении дисциплины «Физические основы измерений» обучающийся студент получает знания о терминах, определениях, понятиях физических основ измерений; о теории погрешностей и математической обработке результатов измерений; о методах обработки результатов измерений: при помощи парной регрессии, методом парных точек, методом взвешивания. Студент изучает и анализирует некоторые лабораторные приборы и методы известных физических измерений, которые включают в себя методы измерения длин, углов, частоты-периода, давления, температуры, заряда, неравновесной неизотропной функции распределения термоэлектронов, фазы волновой функции движущихся микрочастиц. Кроме того, студенты знакомятся с естественными пределами достижимой точности измерений, связанной с шумами и помехами, обусловленными дискретностью вещества. По изучению курса он сможет грамотно планировать проведение экспериментов при наличии косвенных измерений самых разнообразных физических величин. 1.3. Место дисциплины в удовлетворении требований заказчиков выпускников университета данной ОПП. Знание студентами теоретических положений и получение практических навыков в области физических основ измерений позволяет студентам университета данной специализации быстро включиться в производственную деятельность по проведению разнообразных экспериментов и решать практические задачи. 1.4. Знания каких учебных дисциплин должны предшествовать изучению дисциплины в данной ОПП Изучение дисциплины "Физические основы измерений" использует материал дисциплин: "Высшая математика", "Физика", "Информатика", «Математическая статистика». 1.5. Для изучения каких дисциплин будет использоваться материал дисциплины при реализации рассматриваемой ОПП. Дисциплина «Физические основы измерений» является базовой для изучения таких дисциплин как "Теория автоматического управления", "Общая электротехника и электроника". 1.6. Цель преподавания дисциплины 4

Целью дисциплины «Физические основы измерений» является изучение студентами основ физических измерений, методов оценок погрешностей результатов измерения и приобретение навыков в использовании средств измерений. 1.7. Задачи изучения дисциплины Основными задачами дисциплины являются: • научить студентов современным методам оценки погрешности различных видов измерений; • изучить приемы и навыки выбора методики и измерения конкретных масштабов физических величин с минимально возможными погрешностями; • усвоить основные физические закономерности, наиболее часто привлекаемые для решения задач экспериментального физического исследования требуемой точности; 2. СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО КУРСА. 2.1. Лекционные занятия 2.1.1. Темы лекций 1. Вводная лекция. Предмет “Физические основы измерений”. Его содержание. Распределение учебных часов и материала. Рейтинг-контроль. Понятия об измерениях. Прямые и косвенные измерения. Виды погрешностей, возникающих при измерениях. Истинное значение. Случайная и систематическая погрешности. Грубая погрешность. Относительная и абсолютная погрешности. 2 часа 2. Основные положения теории случайных погрешностей. Случайная погрешность. Среднее арифметическое. Случайная погрешность среднего арифметического. Доверительный интервал. Доверительная вероятность. Закономерности случайных погрешностей. Закон распределения Гаусса. Среднеквадратичное отклонение. Вероятность появления случайной величины. Оценка погрешности многократных измерений. Методика Стьюдента. Случайное отклонение. Случайная погрешность среднего арифметического. Коэффициент Стьюдента. Запись конечного результата. 2 часа 3. Алгоритм обработки результатов прямых измерений. Таблицы измерений. Правила округления результатов измерений и вычислений. Дискретные функции распределения. Гистограммы распределения. 2 часа 4. Погрешности однократных измерений. Основная и дополнительная погрешности прибора. Класс точности. Связь абсолютной погрешности с классом точности. Общепринятые классы точности измерительных приборов. Понятие и примеры косвенного измерения. Оценка погрешности косвенных измерений. Вывод рабочих формул. Общий случай функциональной зависимости. Абсолютная и относительная погрешности косвенного измерения. Примеры. 2 часа 5. Примеры оценки погрешностей косвенных измерений. Специальные приемы оценки. Операции над косвенными погрешностями. Линейная функциональная зависимость и ее регрессия. Нелинейная регрессия. Метод наименьших квадратов. Метод парных точек. Взвешивание результатов. 2 часа 6. Погрешности и здравый смысл. Практическое вычисление погрешностей. Объединение погрешностей. Систематическая погрешность. Окончательная погрешность. Вычисление погрешностей в сложных функциях. Погрешности и выбор методики измерения. Планирование эксперимента. Примеры. 2 часа

5

7. Измерение длин и углов естественного масштаба. Метод линейного и углового нониусов. Метод микрометрического винта. Ошибка параллакса и нулевого отсчета. Влияние температуры на измерение длины. Оптический метод. Катетометр. 2 часа 8. Косвенные методы измерения длины. Измерение расстояний методом триангуляции. База измерений. Определение наибольшей дальности измерения по заданной точности измерения угла при условии, что измеряемая дальность значительно больше базы измерений. Проведение оценок. 2 часа 9. Измерение периода и частоты колебаний и вращений. Метод биений. Эталон частоты. Метод фигур Лиссажу. Осциллограф-фазометр. Оценки точности измерений. 2 часа 10. Методы измерений периодов естественного масштаба. Линейные и нелинейные колебания математического маятника. Механические, электрические и электро-механические колебания. Кварцевая синхронизация электрических колебаний. 2 часа 11. Физические основы и принципы квантовых стандартов частоты. Квантовые дискриминаторы, квантовые генераторы. Молекулярные генераторы на аммиаке. Атомно-лучевая трубка на атомах цезия как квантовый генератор частоты. Относительная нестабильность квантовых стандартов частоты. 2 часа 12. Методы измерения давления. Измерение абсолютного и разностного давлений. Измерение низких и сверхнизких давлений. Барометры, U – образные трубки, манометры. Преобразование разности давлений в деформацию упругого элемента. Оптические методы измерения давления. Интерферометры Жамена и Рэлея. Экспериментальная проверка классической теории нормальной дисперсии на интерферометре Рэлея-Левэ. 2 часа 13. Методы измерения температуры. Средства измерения температуры: термометрические, пирометрические, спектроскопические. Основные физические явления, используемые для измерения температуры: терморезистивные, термоэлектрические, термомагнитные, термошумовые. Термометры: ртутный, сопротивления, ионный. Явление Пельтье и Зеебека. Термопарный метод измерения температуры. Неконтактные пирометрическиие методы измерения температуры. Радиационный и яркостный пирометры. Термомагнитный и термошумовой методы измерения температуры. 2 часа 14. Вольтамперная характеристика запираемого вакуумного термоэлектронного преобразователя. Понятие о неравновесной и неизотропной функции распределения газа термоэлектронов и метод ее измерения. 2 часа 15. Классический и квантовый эффекты Холла. Метод измерения подвижности носителей тока в металлах и полупроводниках, основанный на эффекте Холла. Измерение фазы волновой функции и связанные с ней эффекты. Эффект Ахаронова-Бома. 2 часа 16. Измерение абсолютного заряда электрона и его удельного заряда. Опыт Милликена. Метод Томсона. Метод магнитной фокусировки Буша. Инерционный метод измерения заряда. 2 часа 17. Естественные пределы точности измерений. Броуновское движение. Шумы, обусловленные дискретностью вещества. Шумы и помехи. Дробовый эффект. Шумы Найквиста. 2 часа 18. Заключительная лекция по курсу ФОИ. 2 часа

2.1.2. Основная литература 1. Савельев И.В. Курс общей физики. т.1, т.2, т.3. М.: Наука, 1979 г. 2. Фейнмановские лекции по физике. т.1-9. М.: Мир. 1966 г. 3. Волощенко В.Ю., Сапогин В.Г. Оценка погрешностей при физических измерениях. Для студентов дневной формы обучения по направлению подготовки бакалавров и магистров: 550 000 – технические науки. №87. Таганрог 2004 г. .

2.1.3. Дополнительная литература 4. Сквайрс. Дж. Практическая физика. М.: Мир.1971 г. 5. Солоухин Р.И. Методы физических измерений. Н-ск. Наука. Сиб. отд. 1975 г. 6

6. Атамалян Э.Г. Приборы и методы измерения электрических величин. М.: Высшая шк. 1982 г. 7. Спектор С.А. Электрические измерения физических величин. Методы измерений. Для студентов ВУЗов. Ленинград. Энергоатомиздат. !987 г. 8. Деденко Л.Г., Керженцев В.В. Математическая обработка и оформление результатов эксперимента (в лабораториях общего физического практикума). Под редакцией проф. Матвеева А.Н. Издательство Московского университета, 1977 г.

2.2. Лабораторные занятия – четыре четырехчасовые лабораторные работы РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ 1. Нелинейные колебания математического маятника и измерение локального значения ускорения свободного падения с различной точностью. 4 часа 2. Неравновесная функция распределения электронов запираемого вакуумного термоэлектронного преобразователя. 4 часа 3. Дистанционное измерение температуры нагретых тел пирометром. 4 часа 4. Прецизионное измерение скорости распространения света в газе интерферометром Рэлея. 4 часа 5. Защита лабораторных работ.

2 часа

Примечание: Перечень лабораторных работ может быть изменен в зависимости от количества студентов в группе.

2.3. Внеаудиторная работа – написание реферата по выбранной теме СПИСОК ТЕМ РЕФЕРАТОВ 1. Измерение наземных длин методом триангуляции. 2. Измерение давления жидкости или газа в технических установках. 3. Измерение давления в химически активных средах. 4. Измерение дозвуковых скоростей движения твердых тел. 5. Измерения расхода и скорости движения жидкости или газа. 6. Измерение температуры термоэлектрическим и терморезистивным методами. 7. Измерение температуры термомагнитным методом. 8. Измерение температуры термошумовым методом. 9. Измерение температуры термочастотным методом. 10.Измерение температуры методом ядерного квадрупольного резонанса. 11.Измерение температуры пирометрическими методами. 12.Измерение частоты электрического сигнала. 13.Измерение угловой скорости вращения твердых тел. 14.Измерение индукции статического магнитного поля. 15.Измерение активных сопротивлений. 16.Измерение индуктивных сопротивлений. 17.Измерение емкостных сопротивлений. 18.Измерение электродвижущей силы. 19.Измерение малых постоянных токов. 20.Измерение постоянных токов. 7

21.Измерение постоянных токов больших величин. 22.Измерение постоянного напряжения. 23.Измерение малых постоянных напряжений. 24.Измерение переменных напряжений и токов в линиях электропередачи. 25.Измерение добротности колебательного контура. 26.Измерение удельного заряда изотопа. 27.Измерение абсолютного заряда электрона методом Милликена. 28.Интерферометрические методы измерения длины волны. 29.Измерение нанометрических расстояний. 30.Измерение частоты биений. 31.Измерение концентрации примесей в полупроводниках. 32.Измерение угла фазового сдвига между гармоническими процессами. 33.Измерение мощности и энергии. 34.Измерение относительной диэлектрической проницаемости среды. 35.Измерение тангенса угла потерь при протекании тока в проводниках. 36.Измерение магнитной проницаемости среды. 37.Измерение деформаций и механических напряжений. 38.Измерение сил и крутящих моментов твердых тел. 39.Измерение скорости распространения волны. 40.Измерение ускорения свободного падения на поверхности земли. 41.Измерение ускорения движущихся тел методом акселерометра. 42.Измерение расхода жидкости и ее параметров движения. 43.Измерение концентрации вещества. 44.Измерение функции распределения атомов серебра методом Штерна-Ламмерта. 45.Измерение функции распределения носителей тока в запираемом вакуумном диоде. 46.Измерение периодов колебаний маятников. 47.Измерение массы изотопа. Масспектроскопия. 48.Измерение параметров углового движения. 49.Измерение длины интерферометрическим методом. 50.Измерение наземных расстояний методом радиолокации. 51.Измерение линейных размеров и перемещений электромеханическими методами. 52.Измерение толщины покрытий электрофизическими методами. 53.Измерение магнитных параметров и характеристик материалов. 54.Измерение параметров линейного движения тел инерциальными методами. 55.Измерение угла поворота методом сельсинного датчика. 56.Измерение линейных перемещений методом индуктивного датчика. 57.Измерение линейных перемещений потенциометрическим методом. 58.Измерение амплитудно-частотных и фазово-частотных характеристик колебательных систем.

2.4. Индивидуальные задания -- не планируются 2.5. Курсовое проектирование -- не планируется Разработчик программы: Сапогин В.Г. – к.ф.-м.н., профессор кафедры физики ТРТУ.

8

КАРТА методической обеспеченности учебной дисциплины «Физические основы измерений» для студентов образовательной профессиональной программы (ОПП) для специальности 210100 – управление и информатика в технических системах и специальности 210200 – автоматизация технологических процессов и производств (в энергетике), направление 657900 – автоматизированные технологии и производства по бакалавриату ________________________________________________________________, специалитету _______________________________________________________________, курса__3___________________групп__3_________________

1. ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Савельев И.В. Курс общей физики. т. 1, т. 2, т .3. М.: Наука, 1979 г. на кафедре 2экз, в НТБ -- 53 экз. 2. Фейнмановские лекции по физике. т. 1-9. М.: Мир. 1966 г. на кафедре 5 экз., в НТБ – 10 экз. 3. Волощенко В.Ю., Сапогин В.Г. Оценка погрешностей при физических измерениях. Для студентов дневной формы обучения по направлению подготовки бакалавров и магистров: 550 000 – технические науки. №87. Таганрог 2004 г. на кафедре –5 экз., в НТБ – 54 экз. П. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Сквайрс. Дж. Практическая физика. М.: Мир.1971 г. на кафедре 2 экз., в НТБ – 2экз. 2. Спектор С.А. Электрические измерения физических величин. Методы измерений. Для студентов ВУЗов. Ленинград. Энергоатомиздат. 1987 г. на кафедре 2 экз., в НТБ –2 экз.

Карту составил

Сапогин В.Г.

Зав. кафедрой__________________________ «_____»_______________200__ г.

9

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТАГАНРОГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «УТВЕРЖДАЮ» Декан __________________факультета

____________________________ ____________________________ «____»___________200__/___ учеб. год Образовательная профессиональная программа (ОПП) для специальности 210100 – управление и информатика в технических системах и специальности 210200 – автоматизация технологических процессов и производств (в энергетике), направление 657900 – автоматизированные технологии и производства

Факультет автоматики и вычислительной техники Выпускающая кафедра по ОПП кафедра систем автоматического управления

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН изучения дисциплины «Физические основы измерений» Кафедра Физики

Лектор Сапогин В.Г. Форма обучения

очная

Технология обучения

стандартная

Академические часы 102 Учебных занятий Из них: лекций лабораторных самостоятельных индивидуальных курсовая работа Промежуточный рейтинг-контроль (зачет) Итоговый рейтингконтроль (зачет)

-

102 час.

-

36 час. 18 час. 48 час. 0 час. 0 час. ___5_____ семестры Зачет, 5-семестр

Срок обучения Курс

3

5 лет

Семестр

5

Зачетные единицы 2,83 Учебных занятий Из них: лекций лабораторных самостоятельных индивидуальных курсовая работа Промежуточный рейтинг-контроль (зачет) Итоговый рейтингконтроль (зачет)

-

2,33 балла 1.0 балл. 0.5 балл. 1.33 балл. 0 балл. 0 балл. ____5____ семестры Зачет, 5- семестр

10

ПРОВОДЯТ ЗАНЯТИЯ Лабораторные занятия

1

Профессор Сапогин В.Г. 1. ЛЕКЦИИ

Неделя, число, месяц №1 с___по___

№2 с___по___

№3 с___по___ №4 с___по___

№5 с___по___

№6 с___по___

№7 с___по___ №8

ТЕМА ЛЕКЦИИ Вводная лекция. Предмет “Физические основы измерений”. Его содержание. Распределение учебных часов и материала. Рейтингконтроль. Понятия об измерениях. Прямые и косвенные измерения. Виды погрешностей, возникающих при измерениях. Истинное значение. Случайная и систематическая погрешности. Грубая погрешность. Относительная и абсолютная погрешности. Основные положения теории случайных погрешностей. Случайная погрешность. Среднее арифметическое. Случайная погрешность среднего арифметического. Доверительный интервал. Доверительная вероятность. Закономерности случайных погрешностей. Закон распределения Гаусса. Среднеквадратичное отклонение. Вероятность появления случайной величины. Оценка погрешности многократных измерений. Методика Стьюдента. Случайное отклонение. Случайная погрешность среднего арифметического. Коэффициент Стьюдента. Запись конечного результата. Алгоритм обработки результатов прямых измерений. Таблицы измерений. Правила округления результатов измерений и вычислений. Дискретные функции распределения. Гистограммы распределения. Погрешности однократных измерений. Основная и дополнительная погрешности прибора. Класс точности. Связь абсолютной погрешности с классом точности. Общепринятые классы точности измерительных приборов. Понятие и примеры косвенного измерения. Оценка погрешности косвенных измерений. Вывод рабочих формул. Общий случай функциональной зависимости. Абсолютная и относительная погрешности косвенного измерения. Примеры. Примеры оценки погрешностей косвенных измерений. Специальные приемы оценки. Операции над косвенными погрешностями. Линейная функциональная зависимость и ее регрессия. Нелинейная регрессия. Метод наименьших квадратов. Метод парных точек. Взвешивание результатов. Погрешности и здравый смысл. Практическое вычисление погрешностей. Объединение погрешностей. Систематическая погрешность. Окончательная погрешность. Вычисление погрешностей в сложных функциях. Погрешности и выбор методики измерения. Планирование эксперимента. Примеры. Измерение длин и углов естественного масштаба. Метод линейного и углового нониусов. Метод микрометрического винта. Ошибка параллакса и нулевого отсчета. Влияние температуры на измерение длины. Оптический метод. Катетометр. Косвенные методы измерения длины. Измерение расстояний методом

число часов 2

2

2 2

2

2

2

2 11

с___по___

№9 с___по___ № 10 с___по___ № 11 с___по___

№ 12 с___по___

№ 13 с___по___

№ 14 с___по___ № 15 с___по___ № 16 с___по___ № 17 с___по___

триангуляции. База измерений. Определение наибольшей дальности измерения по заданной точности измерения угла при условии, что измеряемая дальность значительно больше базы измерений. Проведение оценок Измерение периода и частоты колебаний и вращений. Метод биений. Эталон частоты. Метод фигур Лиссажу. Осциллограф-фазометр. Оценки точности измерений. Методы измерений периодов естественного масштаба. Линейные и нелинейные колебания математического маятника. Механические, электрические и электро-механические колебания. Кварцевая синхронизация электрических колебаний. Физические основы и принципы квантовых стандартов частоты. Квантовые дискриминаторы, квантовые генераторы. Молекулярные генераторы на аммиаке. Атомно-лучевая трубка на атомах цезия как квантовый генератор частоты. Относительная нестабильность квантовых стандартов частоты. Методы измерения давления. Измерение абсолютного и разностного давлений. Измерение низких и сверхнизких давлений. Барометры, U – образные трубки, манометры. Преобразование разности давлений в деформацию упругого элемента. Оптические методы измерения давления. Интерферометры Жамена и Рэлея. Экспериментальная проверка классической теории нормальной дисперсии на интерферометре Рэлея-Левэ. Методы измерения температуры. Средства измерения температуры: термометрические, пирометрические, спектроскопические. Основные физические явления, используемые для измерения температуры: терморезистивные, термоэлектрические, термомагнитные, термошумовые. Термометры: ртутный, сопротивления, ионный. Явление Пельтье и Зеебека. Термопарный метод измерения температуры. Неконтактные пирометрическиие методы измерения температуры. Радиационный и яркостный пирометры. Термомагнитный и термошумовой методы измерения температуры. Вольтамперная характеристика запираемого вакуумного термоэлектронного преобразователя. Понятие о неравновесной и неизотропной функции распределения газа термоэлектронов и метод ее измерения. Классический и квантовый эффекты Холла. Метод измерения подвижности носителей тока в металлах и полупроводниках, основанный на эффекте Холла. Измерение фазы волновой функции и связанные с ней эффекты. Эффект Ахаронова-Бома. Измерение абсолютного заряда электрона и его удельного заряда. Опыт Милликена. Метод Томсона. Метод магнитной фокусировки Буша. Инерционный метод измерения заряда. Естественные пределы точности измерений. Броуновское движение. Шумы, обусловленные дискретностью вещества. Шумы и помехи. Дробовый эффект. Шумы Найквиста.

2 2

2

2

2

2 2

2 2

2. ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 1. Нелинейные колебания математического маятника и измерение локального значения ускорения свободного падения с различной точностью. 4 часа 2. Неравновесная функция распределения электронов запираемого вакуумного термоэлектронного преобразователя. 4 часа 12

3. Дистанционное измерение температуры нагретых тел пирометром. 4 часа 4. Прецизионное измерение скорости распространения света в газе интерферометром Рэлея. 4 часа 5. Защита лабораторных работ.

2 часа

3. БЮДЖЕТ ВРЕМЕНИ НА САМОСТОЯТЕЛЬНУЮ ПОДГОТОВКУ СТУДЕНТА №

Часов в неделю 1,5

Вид работы

Всего Часов 27,0

1

Подготовка к лабораторным занятиям

2

Подготовка реферата

0,25

5,0

3

Подготовка к зачету

0,9

16,0

Всего

48 часов

ИТОГО: Аудиторных занятий по курсу: из них лекций: лабораторные работы: Самостоятельная работа студентов: Всего:

102 часа 36 часов 18 часов 48 часов 102 часа

4. ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ 1. Что такое прямые измерения? 2. Что такое истинное значение измеряемой величины? 3. В чем заключается основная задача измерений? 4. Что такое систематическая погрешность? 5. Что такое случайная погрешность? 6. Что такое грубая погрешность? 7. Что такое абсолютная, относительная погрешность и точность измерения? 8. Что такое среднее арифметическое ряда измерений? 9. Свойства случайной погрешности среднего арифметического. 10. Как записывается окончательный результат обработанных измерений? 11. Что такое доверительная вероятность и доверительный интервал? 12. Каким закономерностям подчиняются случайные погрешности? 13. Что такое нормальный закон распределения и каковы его свойства? 14. Чему равна вероятность того, что случайная погрешность заключена в заданном интервале? Что это означает при проведении измерений? 15. Как оценивается погрешность прямых многократных измерений по методике Стьюдента? 13

16. Что такое случайное отклонение? 17. Что такое среднеквадратическое отклонение? 18. Как правильно округлять абсолютную погрешность? 19. Как округляют среднее арифметическое ? 20. Что такое прецизионные измерения? 21. Что такое косвенное измерение? 22. Как записывают результат обработки косвенного измерения? 23. Как вывести расчетную формулу для погрешности косвенного измерения при общем виде функциональной зависимости? 24. Какие операции нужно выполнить, чтобы получить относительную погрешность косвенных измерений в соотношениях, которые подвергаются логарифмированию? 25. Привести примеры вычисления погрешности косвенного измерения для частных случаев функциональных зависимостей. 26. Как оценивать погрешность однократного прямого измерения? 27. Дискретные функции распределения. Гистограммы распределения случайных величин. Их основные параметры. 28. Линейный регрессионный анализ. Нелинейная парная регрессия. Метод парных точек. 29. Приближение к прямой методом наименьших квадратов. 30. Взвешивание результатов измерений. Статистический вес. 31. Взвешенное среднее и взвешенная погрешность измерений. 32. Погрешности и планирование методики эксперимента. Объединение погрешностей. Существенная и несущественная погрешность. Окончательная погрешность. 33. Измерение длины естественного масштаба. Ошибка параллакса и нулевого отсчета. 34. Влияние температуры на измерение длины естественного масштаба. 35. Косвенные методы измерения длины. Локационный способ измерения расстояний. 36. Косвенные методы измерения длины. Метод триангуляции. Оценка наибольшей дальности измерения по заданной точности измерения угла. 37. Методы измерения давления. Барометры, манометры. Прецизионные методы измерения давления. Интерферометры. 38. Методы измерения температуры. Контактный и неконтактный термометрические методы. 39. Явление Пельтье и Зеебека. Термопарный метод измерения температуры. 40. Термомагнитный метод измерения температуры. Термошумовой метод. 41. Неконтактные методы измерения температуры. Тепловое излучение. Законы Кирхгофа, Вина и Стефана-Больцмана. 42. Оптическая пирометрия. Радиационный пирометр. Яркостный пирометр с исчезающей нитью. 43. Методы измерения частоты и периода. Механические и электрические колебания. Линейные и нелинейные колебания математического маятника. 44. Измерение фазы. Фигуры Лиссажу. 45. Измерение частоты методом биений. 14

46. Измерение малых периодов времени. Квантовый стандарт частоты. Физические принципы квантового стандарта частоты. 47. Молекулярный генератор на аммиаке. 48. Атомно-лучевая трубка на атомах цезия. 49. Естественные пределы точности измерений. Броуновское движение. Шумы сопротивления. 50. Естественные пределы точности измерений. Шумы, обусловленные дискретностью вещества. Шумы и помехи окружающей среды.

15

5. Рейтинг и итоговая дифференциальная оценка по дисциплине 1 рейтинг контроль: мин.5, макс.25 2 рейтинг контроль: мин.5, макс.25 Допуск к зачету: мин.10, макс.50 Недопуск к зачету: меньше 10. Зачет: мин. 5, макс 50. Суммарная оценка зачета по дисциплине: мин. 15, макс. 100. 6. Вклад курса в профессиональный компонент Инженерная подготовка: 60% Математическая и научная: 20% Общеобразовательная подготовка: 20% 7. Связь курса и основных задач программы. Важность влияние каждой цели курса на результаты программы измеряется по следующей шкале 3 – весьма высокая; 2 – высокая; 1 – средняя; * - численно оценить затруднительно. Цели курса Задачи программы (смотри список полного описания) 1 2 3 4 5 1.1 Студенты обеспечены знаниями фундаментальных научных принципов соответствующих прикладных 3 3 областей. 2.1 Студенты приобрели навыки формулировать, анализировать и решать проектные задачи в 1 1 соответствующей прикладной области. 2.2 Студенты приобрели навыки анализировать и интерпритировать данные, относящиеся к проектированию, * * производству и эксплуатации технических объектов соответствующих прикладных областей. 2.3. Студенты подготовлены к решению задач проектирования и эксплуатации технических объектов с учетом многобразия факторов окружающего мира (экономические, 3 3 этические, социальные и политические, влияние на окружающую среду, технологические, охрана здоровья и безопасности). 3.1 Студенты приобрели навыки поиска и самостоятельного освоения нужных разделов фундаментальных и прикладных наук, необходимых им для решения новых 2 2 проектных задачи, проведения экспериментов, анализа и интерпретации данных.

16

3.2 Студенты приобрели навыки самостоятельного выявления и работы со стандартами, техническими условиями, законодательными и другими нормативными актами, что гарантирует им возможности решения поставленных перед ними задач по критериям не только техническим, но и социальным, морально-этическим, экологическим. 3.3. Студенты приобрели навыки самостоятельного освоения необходимых знаний из смежных разделов техники, что позволяет им работать в составе многопрофильных команд, создаваемых для выполнения комплексных проектов в соответствующих прикладных областях.

*

*

1

1

Лектор _________________________ __Сапогин_В.Г Ответственный за дисциплину (цикл)_____________Сапогин В.Г. Зав. кафедрой

__________________ ___Захаров А.Г.

17