Учебный курс «Введение в технику физического эксперимента» является частью профессионального цикла подготовки бакалавра физики. Дисциплина изучается студентами первого курса физического факультета в первом семестре. Курс входит в учебный план кафедры общей физики.
д.т.н., профессор Пальчиков Евгений Иванович
Программа курса
Программа курса ВТФЭ. Пальчиков Е.И. Новосибирск: КОФ НГУ,2015. - 11 с. PDF, 482.6Кбайт
Курс лекций посвящён обзору методов физического эксперимента и достижений техники физического эксперимента - с начала 20-го столетия до настоящего времени. Обучение ведется с помощью показа настоящих экспериментов, демонстрации устройства установок, объяснения принципов их создания и работы, компьютерных иллюстраций. Кроме того, каждая лекция содержит экспериментальную задачу для студентов, которую студенты пытаются объяснить на следующей лекции. В курсе даются стартовые знания об устройстве и принципе работы современных экспериментальных установок и измерительных приборов, технологиях измерений различных физических величин, технологиях проверки и обработки экспериментальных данных, о технологиях создания, физических характеристиках и принципах работы современных физических приборов. В нем рассказывается, как создавать установки, как обеспечивать необходимые для исследований условия эксперимента, как количественно измерять различные природные явления. Дается представление об ошибках измерений, оценке точности измерений.
Основная литература
Введение в технику физического эксперимента. Пальчиков Е.И. Новосибирск: КОФ НГУ,2001. - 109 с. PDF, 1.6Мбайт
В пособии изложен материал четырех лекций курса введения в технику
физического эксперимента, читаемого с 1989 г. для студентов первого курса
физического факультета Новосибирского государственного университета. В
сокращённом виде с 2000 г. курс читается также на факультете информационных
технологий. Первые три лекции курса посвящены ошибкам измерений и статистической
обработке результатов эксперимента. Эти темы изложены во многих известных
монографиях и учебниках, поэтому в данном пособии они опущены. Следующие четыре
лекции (№4 - №7) представляют собой единый блок, посвящённый самым точным
измерениям в экспериментальной физике (до 14 значимых десятичных разрядов).
Информация по данной тематике рассеяна во множестве специальных публикаций и
практически недоступна студенту.
Пособие рассчитано на научных работников, аспирантов и студентов
естественнонаучных специальностей, интересующихся методами измерения времени,
частоты, расстояний и координат. Материал лекций содержит большое количество
справочной информации, по уровню изложения доступен школьникам старших классов.
Введение в технику физического эксперимента. Лекции. Часть 1. Пальчиков Е.И. Новосибирск: КОФ НГУ,2012. - 123 с. PDF, 1.6Мбайт
В учебном пособии изложен материал восьми лекций курса Введение в технику
физического эксперимента, читаемого с 1989 г. для студентов первого курса
физического факультета Новосибирского государственного университета. В
сокращённом виде с 2000 г. по 2003 г. курс читался на факультете информационных
технологий. С 2010 г. студенты специализации «геофизика» геолого-геофизического
факультета слушают курс в полном объеме вместе со студентами физического
факультета. Первые три лекции курса посвящены ошибкам измерений и статистической
обработке результатов эксперимента. Эти темы изложены во многих известных
монографиях и учебниках, поэтому в данном пособии они опущены. Следующие четыре
лекции представляют собой единый блок, посвящённый измерению времени, частоты и
расстояния - самым точным измерениям в экспериментальной физике (до 16 значимых
десятичных разрядов). За ними следует блок из четырех лекций, посвященный
созданию и измерению специфических условий внутри экспериментальных установок:
высоких и низких давлений, высоких и низких температур. Информация по данной
тематике рассеяна во множестве специальных публикаций и практически недоступна
студенту.
Учебное пособие рассчитано на студентов физических и естественнонаучных
специальностей, а также на аспирантов и научных работников, интересующихся
методами экспериментальной физики. Материал лекций содержит большое количество
справочной информации, по уровню изложения доступен школьникам старших классов.
Начала обработки экспериментальных данных. Князев Б.А., Черкасский В.С. Новосибирск: КОФ НГУ,1996. - 93 с. PDF, 391.4Кбайт
Предназначено для студентов естественно-научных специальностей, выполняющих лабораторные работы в учебных практикумах. Для его чтения достаточно знаний математики в объеме средней школы, но оно может быть полезно и тем, кто уже изучил математическую статистику, поскольку исходным моментом в нем является не математика, а эксперимент. Во второй части пособия подробно описан реальный эксперимент - от появления идеи и проблем постановки эксперимента до получения результатов и обработки данных, что позволяет получить менее формализованное представление о применении математической статистики. Пособие дополнено обучающей программой, которая позволяет как углубить и уточнить знания, полученные в методическом пособии, так и проводить собственно обработку результатов лабораторных работ. Приведен список литературы для желающих углубить свои знания в области математической статистики и обработки данных.
Дополнительная литература
Введение в теорию ошибок. Тейлор Дж. М.: Мир, 1985. - 272 с. PDF, 10.9МБайт
Книга профессора Колорадского университета (США) Дж. Тейлора является пособием
по математической обработке результатов измерений в учебных физических
лабораториях. Подробно разъясняются неизбежность ошибок измерений, способы
фиксирования результатов измерений и на основе нормального распределения
рассматриваются элементы статистической обработки случайных ошибок, обсуждаются
проблема «промахов», «взвешивание» результатов различных измерений, метод
наименьших квадратов, корреляции, распределение Пуассона н биномиальное
распределение, критерий х2. В конце каждой главы приведены задачи, для
большинства которых в конце кннгн имеются ответы и решения.
Для студентов и преподавателей вузов, сотрудников измерительных лабораторий, а
также учащихся средних специальных учебных заведений и старшеклассников.
Обработка результатов учебного эксперимента. Попов П.В., Нозик А.А. М.: МФТИ, 2019. - 49 с. PDF, 1.13МБайт
Данное пособие содержит краткое изложение основных понятий и методов,
необходимых для обработки результатов экспериментов в учебной лаборатории, а
также указания по представлению результатов лабораторных работ в соответствии со
сложившимся современным стандартам оформления научных публикаций.
Умение оценивать погрешности, или «ошибки», измерений является важной частью
любого научного эксперимента на всех его этапах. Так, при подготовке и
проведении эксперимента необходимо знать точность используемых приборов, уметь
находить пути возможного уменьшения погрешностей, разумно организовать сами
измерения и правильно оценивать точность полученных значений. На этапе обработки
возникает необходимость пересчитывать возможную погрешность в конечных
результатах по известным оценкам погрешностей в исходных данных. А на самом
важном этапе — интерпретации результатов эксперимента — без знания точности
проведённых измерений и без корректной статистической обработки невозможно
делать обоснованные выводы в пользу той или иной физической модели, той или иной
гипотезы.
Пособие может быть рекомендовано студентам первого курса для первичного
ознакомления с предметом, либо в качестве «шпаргалки» по основным формулам.
Более подробное изложение элементарных основ теории погрешностей можно найти в
пособиях [1, 2, 3]. Студентам, знакомым с основами теории вероятностей и
математической статистики, и желающим на более глубоком уровне познакомиться с
современными методиками обработки данных, можно порекомендовать книги [4, 5].
Расширенная html-версия данного пособия, содержащая в том числе сопроводительные
видео-материалы, дополнительные главы и актуальные исправления, будет доступна
на сайте кафедры общей физики МФТИ в разделе лаборатории 1-го семестра.
Погрешности измерений физических величин. Зайдель А.Н. Л.: Наука, 1985. - 112 с. PDF, 3.65МБайт
В книге элементарно излагается современная теория погрешностей и даются ее приложения к измерениям физических величин. Характер изложения рассчитан на первоначальное изучение основных методов количественной оценки погрешностей, для понимания которых достаточно знания математики в объеме средней школы. Однако книга может также служить пособием для практической работы при проведении различного рода измерений. В ней содержатся необходимые для этого таблицы и формулы, применение которых проиллюстрировано рядом примеров. Даны способы выполнения статистических расчетов с помощью микрокалькуляторов. Большое внимание уделено физическим закономерностям, обусловливающим появление различных погрешностей результата измерений.
Погрешности измерений физических величин. Ларионов А.Н., Чернышёв В.В., Ларионова Н.Н. Воронеж: ВГУ, 2009. - 49 с. PDF, 5.05МБайт
Измерения являются одним из важнейших путей познания законов природы, дают количественную оценку окружающего мира, раскрывая действующие в природе закономерности. Физика и математика стали точными науками потому, что благодаря измерениям они получили возмож ность устанавливать точные количественные соотношения, выражающие объективные законы природы.
Погрешности измерений. Пустовалов Г.Е. М.: МГУ, 2012. - 19 с. PDF, 493КБайт
Измерения не могут быть выполнены абсолютно точно. Всегда имеется некоторая неопределенность в значении измеряемой величины. Эта неопределенность характеризуется погрешностью - отклонением измеренного значения величины от ее истинного значения. Приведем некоторые из причин, приводящих к появлению погрешностей.
Материалы с лекций
Материалы с лекций обновляются по мере чтения курса.
Тема 1. Пальчиков Е.И. Новосибирск: КОФ НГУ. - 36 с. PDF, 3.28Мбайт
Тема лекции: Методы обработки экспериментальных данных. Ошибки измерений: случайные и систематические. Промахи. Статистическая обработка данных. Эмпирический стандарт и стандартная ошибка среднего. Доверительный интервал. Распределение Стьюдента.
Тема 2. Пальчиков Е.И. Новосибирск: КОФ НГУ. - 54 с. PDF, 6.03Мбайт
Тема лекции: Методы обработки экспериментальных данных. Отбрасывание данных. Критерий Шовене. Сложение ошибок. Метод наименьших квадратов.
Тема 3-4. Пальчиков Е.И. Новосибирск: КОФ НГУ. - 57 с. PDF, 8.61Мбайт
Тема лекции: Эталоны длины. Измерение расстояний.
Тема 5-6. Пальчиков Е.И. Новосибирск: КОФ НГУ. - 127 с. PDF, 14.8Мбайт
Тема лекции: Измерение времени и частоты. Эталоны времени и частоты.
Тема 7-8. Пальчиков Е.И. Новосибирск: КОФ НГУ. - 115 с. PDF, 15.10Мбайт
Тема лекции: Методы и приборы для получения низких и высоких давлений. Методы и приборы для измерения низких и высоких давлений.
Тема 9. Пальчиков Е.И. Новосибирск: КОФ НГУ. - 57 с. PDF, 4.34Мбайт
Тема лекции: Методы и приборы для получения высоких и низких температур. Методы и приборы для измерения высоких и низких температур.
Тема 10-11. Пальчиков Е.И. Новосибирск: КОФ НГУ. - 82 с. PDF, 9.57Мбайт
Тема лекции: Методы получения и измерения высоких напряжений. Сильноточная электроника.
Тема 12-13. Пальчиков Е.И. Новосибирск: КОФ НГУ. - 70 с. PDF, 8.49Мбайт
Тема лекции: Оптические измерения. Фотометрия, колориметрия, фотоника.
Тема 14. Пальчиков Е.И. Новосибирск: КОФ НГУ. - 60 с. PDF, 4.01Мбайт
Тема лекции: Звук. Акустика. Слух. Музыка. Акустические измерения. Взгляд физика со знанием биологии и медицины.
Тема 15. Пальчиков Е.И. Новосибирск: КОФ НГУ. - 12 с. PDF, 1.61Мбайт
Тема лекции: Борьба с шумами, электромагнитными помехами. Первичная обработка ЭМ сигналов.
Тема 16. Пальчиков Е.И. Новосибирск: КОФ НГУ. - 10 с. PDF, 1.02Мбайт
Тема лекции: Методы физического анализа.
Видеолекции
Видеолекции обновляются по мере чтения курса.
(2012.09.05) Видеолекция 1
(2016.09.07) Видеолекция 1
(2023.09.06) Видеолекция 1
(2012.09.12) Видеолекция 2
(2016.09.14) Видеолекция 2
(2023.09.13) Видеолекция 2
(2012.09.26) Видеолекция 3
(2016.09.21) Видеолекция 3
(2023.09.20) Видеолекция 3
(2012.10.03) Видеолекция 4
(2016.09.28) Видеолекция 4
(2023.09.27) Видеолекция 4
(2012.10.10) Видеолекция 5
(2016.10.05) Видеолекция 5
(2023.10.04) Видеолекция 5
(2012.10.17) Видеолекция 6
(2016.10.12) Видеолекция 6
(2023.10.11) Видеолекция 6
(2012.10.22) Видеолекция 7
(2016.10.19) Видеолекция 7
(2023.10.18) Видеолекция 7
(2012.10.24) Видеолекция 8
(2016.10.26) Видеолекция 8
(2023.10.25) Видеолекция 8
(2012.10.29) Видеолекция 9
(2016.11.02) Видеолекция 9
(2023.11.01) Видеолекция 9
(2012.10.31) Видеолекция 10
(2016.11.09) Видеолекция 10
(2023.11.08) Видеолекция 10
(2012.11.07) Видеолекция 11
(2016.11.16) Видеолекция 11
(2023.11.15) Видеолекция 11
(2012.11.14) Видеолекция 12
(2016.12.06) Видеолекция 12
(2023.11.22) Видеолекция 12
(2012.11.28) Видеолекция 13
(2016.12.07) Видеолекция 13
(2023.11.29) Видеолекция 13
(2012.12.05) Видеолекция 14
(2016.12.09) Видеолекция 14
(2023.12.06) Видеолекция 14
(2012.12.17) Видеолекция 15
(2016.12.14) Видеолекция 15
(2023.12.13) Видеолекция 15
(2012.12.14) Видеолекция 16
(2023.12.20) Видеолекция 16
Задачи
Решение задач необходимо сдать в начале следующей лекции. Решение пишется в произвольной форме на листке бумаге. В верхней части укажите: номер группы, Фамилия Имя Отчество.
Оценки по задачам будут выставляться в конце семестра. На последней лекции будет устроен разбор задач.
Иногда на этой странице даются пояснения и постановки вопроса к текущей задаче.
(2024.12.18) Задача-демонстрация. Кольца, подпрыгивающие на конусе
Текущая задача доступна с 18 декабря по 25 декабря.