СД.В.6.2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Мурманский государственный гуманитарный университет»
(МГГУ)
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
СД.В.6.2 МЕТОДЫ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
(ШИФР ДИСЦИПЛИНЫ И ЕЕ НАЗВАНИЕ В СТРОГОМСООТВЕТСТВИИ С ГОСУДАРСТВЕННЫМ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫМСТАНДАРТОМ И УЧЕБНЫМ ПЛАНОМ)
ОСНОВНАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТА
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ(специальностям)
050202
Информатика со специализацией «Системное администрирование учебных
компьютерных сетей»
(код и наименование специальности/тей)
Утверждено на заседании кафедры
Физики и МОФ
Физико-математического факультета
(протокол №___от_________2011 г.)
Зав.кафедрой
____________________ В.С.Шолохов
РАЗДЕЛ 1. Программа учебной дисциплины.
1.1.Автор программы: доктор технических наук, профессор Морозов Н.Н.
1.2.Рецензенты: кандидат физико-математических наук, доцент Карбановский В.В.
кандидат философских наук, доцент Никонов О.А.
1.3.Пояснительная записка:
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Цели дисциплины:
цель: Курс разработан применительно к факультету ФМОИП, однако его можно рекомендовать и
для других факультетов университета и технических вузов. Он рассчитан на семестр. В нем
рассказывается о простейших базовых динамических моделях и эволюционных процессах и
явлениях. Назначение курса состоит в заполнении существующего пробела в высшем образовании
между физическими законами и их математическими описаниями и абстрактными
математическими курсами, где фактически нет места для основных математических моделей
динамических систем и процессов. Вместе с тем роль именно этих моделей наиболее существенна
для активного восприятия теоретических наук и последующей возможности их применения. В
курсе на разнообразных примерах рассказывается как строятся, уточняются математические
модели, как интерпретируются на реальных объектах результаты исследования и как
формируются общие представления о протекающих в них процессах и сопровождающих их
явлениях.

задачи: Курс опирается на основные сведения курсов дифференциальных уравнений и теории
вероятностей и одновременно рассказывает о многогранных их приложениях в естествознании и
технике. Он служит введением, прологом и связующим звеном для последующих общих и
специальных курсов как в плане методологической подготовки так и в плане фактического
содержания.

место курса в общей системе подготовки специалиста: Курс опирается на основные сведения
курсов дифференциальных уравнений и теории вероятностей и одновременно рассказывает о
многогранных их приложениях в естествознании и технике. Он служит введением, прологом и
связующим звеном для последующих общих и специальных курсов как в плане методологической
подготовки так и в плане фактического содержания.
 требования к уровню освоения содержания дисциплины
должны знать: основные приемы и методы применения математических методов для построения
электромеханических, энергетических, волновых, диффузных и других моделей естественнонаучных исследований.
должны уметь: пользоваться математическими моделями и приемами для описания физических и
других явлений в естествознании. Находить аналоговые ситуации для описания их
унифицированными методами.
1.4.Извлечение из ГОС ВПО
ДПП.В.6.2 Методы математической обработки результатов измерений
50
1.5. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
(для всех специальностей, на которых читается данная дисциплина)
26
8
Вид итогового
контроля (форма
отчетности)
50
Сам. раб.
ЛК
5
ЛБ
Всего аудит.
3
ПР/СМ
Трудоемкость
050202
Информатика с дополнительной
специальностью «Физика»
Семестр
Шифр и наименование
специальности
Курс
Виды учебной работы
18
24
зачет
1.6. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ:
1.6.1. Разделы дисциплины и виды занятий (в часах). Примерное распределение учебного времени
№ Наименование раздела, темы
Количество часов
Вариант 1
Вариант 2
п/п
3.
4.
5.
6
3
4
5
2
3
4
4
1
3
4
5
2
3
4
4
1
3
4
26
8
18
24
Сам.
раб
1
ЛБ
4
ПР/СМ
4
ЛК
3
Всего
аудит.
1
Сам
раб.
4
ЛБ
ЛК
2.
Введение в теорию
погрешностей.
Методика обработки результатов
прямых измерений.
Методика обработки результатов
косвенных измерений.
Обработка результатов
косвенных измерений по
методике прямых измерений.
Общий алгоритм математической
обработки результатов
экспериментов.
Наиболее часто встречающиеся
ошибки при обработке
результатов экспериментов.
ИТОГО:
(заочная форма обучения)
Всего
аудит.
1.
ПР/СМ
(очная форма обучения)
1.6.2. Учебно-методическое обеспечение дисциплины.
1.6.3. Рекомендуемая литература:
Основная:
o
o
o
o
o
А.В. Кортнев, Ю.В. Рублев, А.Н. Куценко. Практикум по физике. Москва. Высшая
школа.1961.
В.А. Фетисов. Оценка точности измерений в курсе физики средней школы. Москва.
Просвещение. 1991.
Н.В. Черкасова, В.А. Ярков, В.В. Новицкий. Вводное занятие к лабораторному
практикуму по физике. Мурманск. МГПИ. 1988.
С.Ю.Лукьянов. Горячая плазма и управляемый термоядерный синтез. М.: Наука,
1975г.
Ф.Чен. Введение в физику плазмы. М.: Мир, 1987г.
.
1.8.2
СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Для обеспечения освоения данной дисциплины необходимы:
- программы, учебники;
- учебные и методические пособия;
- пособия для самостоятельной работы;
- выход в Интернет.
1.7. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Компьютерная техника.
1.8. Примерные зачетные тестовые задания.
Тестовые задания для дисциплины КПВ не предусмотрены.
1.9. Примерный перечень вопросов к зачету (экзамену).
1. Понятие погрешности измерений. Классификация погрешностей.
2. Статистический подход к оценке погрешностей. Функция распределения.
3. Методика обработки результатов прямых измерений.
4. Методика обработки результатов косвенных измерений.
5. Обработка результатов косвенных измерений по методике прямых измерений.
6. Общий алгоритм математической обработки результатов экспериментов.
7. Наиболее часто встречающиеся ошибки при обработке результатов экспериментов.
8. Ускорители элементарных частиц. Классификация. Принцип действия.
9. Лазеры. Классификация. Принцип действия.
10. Понятие о плазме. Дебаевское экранирование.
11. Идеальность. Вырождение. Квазинейтральность.
1.10. Комплект экзаменационных билетов (утвержденный зав. кафедрой до начала сессии).
Предоставляется и утверждается на кафедре.
1.11. Примерная тематика рефератов. – не предусмотрено.
1.12. Примерная тематика курсовых работ. - не предусмотрено.
1.13. Примерная тематика квалификационных (дипломных) работ. - не предусмотрено.
1.14. Методика(и) исследования (если есть). - не предусмотрено.
1.15. Балльно-рейтинговая система, используемая преподавателем для оценивания знаний
студентов по данной дисциплине. - не предусмотрено.
РАЗДЕЛ 2. Методические указания по изучению дисциплины (или ее разделов) и
контрольные задания для студентов заочной формы обучения. – заочной формы
обучения нет.
РАЗДЕЛ 3. Содержательный компонент теоретического материала.
Лекция №1 Введение в теорию погрешностей.
Лекция №2 Методика обработки результатов прямых измерений.
Лекция №3 Методика обработки результатов косвенных измерений.
Лекция №4 Обработка результатов косвенных измерений по методике прямых измерений.
Лекция №5 Общий алгоритм математической обработки результатов экспериментов.
Лекция №6 Наиболее часто встречающиеся ошибки при обработке результатов экспериментов.
Лекция №7 Современный физический эксперимент. Ускорители частиц. Лазеры.
Лекция №8 Современный физический эксперимент. Физика плазмы.
РАЗДЕЛ 4. Словарь терминов (глоссарий).
1895 год - открытие рентгеновских лучей (Вильгельм Конрад Рентген),
1896 год - открытие радиоактивности (Антуан Анри Беккерель),
1897 год - открытие электрона (Джозеф Джон Томсон),
1900 год - рождение квантовой гипотезы (Макс Карл Эрнст Людвиг Планк),
1901 год - создание электронной лампы (Оуэн Уилланс Ричардсон),
1902 год - рождение фундаментальных принципов статистической физики (Джозайя Уиллард
Гиббс),
1905 год - рождение гипотезы световых квантов (Альберт Эйнштейн),
1905 год - рождение специальной теории относительности (Альберт Эйнштейн, Жюль Анри
Пуанкаре),
1911 год - экспериментальное доказательство существования атомных ядер (Эрнст Резерфорд),
1911 год - открытие явления сверхпроводимости (Хейке Камерлинг - Оннес),
1913 - 1917 гг. - исследование столкновений электронов с атомами (Джеймс Франк и Густав Герц),
1922 год - экспериментальное доказательство существования спина электрона (Отто Штерн,
Вальтер Герлах),
1923 год - открытие эффекта Комптона (Артур Холли Комптон),
1924 год - рождение принципа исключения Паули (Вольфганг Эрнст Паули),
1925- 1927 гг.- создание квантовой теории (Вернер Гейзенберг, Макс Борн, Паскуаль Иордан,
Поль Андриен Морис Дирак, Эрвин Шредингер),
1927 год - открытие явления интерференции при отражении электронов от кристаллов (Клинтон
Джосеф Дэвиссон, Лестер Джермер, Джордж Паджет Томсон),
1932 год - год великих открытий: открытие изотопа водорода - дейтерия (Гаральд Клейтон Юри),
открытие позитрона (Карл Дейвид Андерсон), открытие нейтрона (Джеймс Чедвик),
1934 год - открытие искусственной радиоактивности (Ирен и Фредерик Жолио-Кюри),
1938год - открытие явления сверхтекучести жидкого гелия (Петр Леонидович Капица),
1938 год - открытие деления атомных ядер (Отто Хан, Фриц Штрассман),
1942 год - создание первого уранового котла, использующего ядерную реакцию (Энрико Ферми с
сотруд.),
1946 год - рождение первого компьютера (Джон фон Нейман и др.),
1947 год - создание голографии (Деннис Габор),
1948 год - открытие транзисторного эффекта, создание транзистора (Джон Бардин, Уолтер
Браттейн, Уильям Брэдфорд Шокли),
1954 год - создание квантового генератора (Чарльз Харт Таунс, Александр Михайлович Прохоров,
Николай Геннадьевич Басов),
1955 год - открытие антипротона (Эмилио Джино Сегре, Оуэн Чемберлен и др.),
1956 год - экспериментальное доказательство существования нейтрино (Фредерик Райнес и Клайд
Лоррен Коуэн),
1956 год - открытие несохранения четности в слабых взаимодействиях (Ли Цзун - Дао, Янг Чжань
- нин, Ву Цзянь - сюн с сотрудниками),
1957 год - создание микроскопической теории сверхпроводимости (Джон Бардин, Леон Купер,
Джон Роберт Шриффер, Николай Николаевич Боголюбов),
1960 год - рождение рубинового лазера (Чарльз Таунс, Артур Шавлов, Теодор Мейман ),
1957, 1965 гг. - открытие явлений туннелирования в твердых телах (Лео Эсаки, Айвар Джайевер,
Брайан Джозефсон),
1964 год - открытие нарушения комбинированной пространственно-зарядовой симметрии (Вэл
Логодон Фитч, Джеймс Уотсон Кронин),
1965 год - открытие реликтового фонового электромагнитного излучения (Арно Алан Пензиас,
Роберт Вудрон Вильсон),
1967-1968 гг. - создание теории электрослабого взаимодействия (Стивен Вайнберг, Шелдон
Глэшоу, Абдус Салам),
1969 год - рождение компьютерной рентгеновской томографии (Аллан Кармак,Годфри
Хаупсфилд), 1974 год - открытие / - частицы, подтверждение зы кварков (Сэмюэл Тинг, Бертон
Рихтер),
1981 год - рождение сканирующей туннельной микроскопии (Эрнст Руска, Гердт Бинниг, Генрих
Рорер),
1983 год - открытие промежуточных векторных бозонов W , W , Z W , Z, W , Z 6 0 (Карло Руббиа,
Симон ван дер Меер с сотрудниками),
1985 год - открытие квантового эффекта Холла (фон Клитцинг),
1986 - 1987 гг. - открытие высокотемпературной сверхпроводимости в керамических
металлоксидах (Дж. Г. Беднорц, К.А. Мюллер, М.Такашиге и др.)
Механическим движением называется изменение положения предмета относительно заданной
системы отсчета.
Первый закон Ньютона утверждает, что существуют такие системы отсчета, в которых
всякое тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор,
пока воздействия со стороны других тел не заставят его изменить это состояние.
Свойство тела сохранять свое состояние неизменным называют инерцией, а системы отсчета, в
которых выполняется этот закон, - инерциальными.
Сила - количественная мера простого воздействия на тело со стороны других тел, во время
действия, которого тело или его части получают ускорения.
Теорема о движении центра масс - центр масс системы материальных точек под действием
внешних сил движется как материальная точка суммарной массы, к которой приложены все
внешние силы
Оптика  раздел физики, изучающий свойства и физическую природу света, а также его
взаимодействие с веществом.
Под светом понимают видимый свет, а также инфракрасную и ультрафиолетовую часть спектра.
Диапазон оптического спектра:  = 2мм  10нм;  = 1,5*1011 Гц  3*1016Гц.
Для объяснения световых явлений в физике используются 2 теории света: корпускулярная (И.
Ньютон) и волновая (Х. Гюйгенс).
По волновой (электромагнитной) теории световое излучение представляет собой
электромагнитные волны. Свет  волны поперечные.
Е  световой вектор (оказывает физиологическое, фотоэлектрическое и фотохимическое и др.
воздействия).
с = 3*108м/с  скорость света в вакууме = 1/  (0 * 0).
Фазовая скорость распространения электромагнитных волн: V -= с /  ( * ).
Отношение скорости света в вакууме к фазовой скорости в среде называется абсолютным
показателем преломления этой среды: n = с / V =  ( * ).
При помощи волновой теории объясняют законы распространения света.
По корпускулярной (фотонной) теории световое излучение представляет собой поток фотонов
(корпускул). На основе корпускулярной теории объясняют законы взаимодействия между светом
и веществом.
Волновые свойства света проявляются в явлениях интерференции и дифракции.
Когерентностью называется согласованное протекание нескольких колебательных или волновых
процессов.
Колебания называются когерентными, если разность их фаз остается постоянной во времени.
Интерференция света – сложение в пространстве двух (или нескольких волн), при котором в
разных его точках получается усиление или ослабление результирующей волны.
Расстояние м/д двумя соседними максимумами (или минимумами), называется шириной
интерференционной полосы: ч = l * 0 / d.
Дифракцией называется совокупность явлений, которые обусловлены волновой природой света и
наблюдается при его распространении в среде с резко выраженными неоднородностями.
Дифракция  огибание волнами препятствий.
Волновой поверхностью (фронтом волны) называется геометрическое место точек среды,
колеблющихся в данный момент времени в одинаковой фазе.
Принципа Гюйгенса-Френеля: В любой точке, находящейся вне поверхности , световая волна,
возбуждаемая источником S, может быть представлена как результат суперпозиции
когерентных вторичных волн, которые излучаются элементарными фиктивными
(воображаемыми, виртуальными) источниками, непрерывно распределенными вдоль
вспомогательной поверхности .
Дифракционная решетка представляет собой систему из большого числа N одинаковых по
ширине и параллельных друг другу щелей в экране, разделенных также одинаковыми по ширине
непрозрачными промежутками.
условие главных максимумов:d * sin  =  n * 
условие главных минимумов:a * sin  =  m * 
Поляризованной называется волны, в которой существует предпочтительное направление
колебаний.
Поляризатор – всякий прибор, служащий для получения поляризованного света.
Анализатор - прибор-поляризатор, применяемый для исследования поляризованного света.
Закон Брюстера: отраженный луч полностью поляризован при угле падения  = Бр,
удовлетворяющем условию tg Бр = n21, где n21  относительный показатель преломления
отражающей среды.
Любая плоскость, проходящая через ось, называется главным сечением или главной плоскостью
кристалла.
Поглощением света называется явление поглощения энергии световой волны при её
распространении в веществе.
Закон Бугера-Ламберта: J = J0 * е-L, где J0 - активность света при входе в слой вещества; J интенсивность при выходе; L - толщина слоя;  - линейный коэффициент поглощения среды,
зависит от природы и состояния поглощающей среды и от .
Рассеянием света называется явление преобразования света веществом, сопровождающееся
изменением направления распространения света и появляющимся как несобственное сечением
света.
Световое давление  давление, производимое светом на отражающие и поглощающие тела,
частицы а также отдельные молекулы и атомы.
Тепловое излучение - это электромагнитное излучение, испускаемое веществом за счет его
внутренней энергии. Все остальные виды свечения называются люминесценция.
Фотоэффект – испускание электронов веществом под действием электромагнитного излучения.
Внутренним фотоэффектом называется перераспределение электронов по энергетическим
состояниям в твердых и жидких полупроводниках и диэлектриках, происходящее под действием
света. Он проявляется в изменении концентрации носителей тока в среде и приводит к
возникновению фотопроводимости или вентильного фотоэффекта.
Фотопроводимость – увеличение электрической проводимости вещества под действием света.
Вентильным фотоэффектом (фотоэффектом в запирающем слое) называется возникновение
под действием света ЭДС (фото-ЭДС) в системе, состоящей из контактирующих полупроводника
и металла или двух разнородных полупроводников (например: в p – n переходе).
Внешним фотоэффектом (фотоэлектронной эмиссией) называется испускание электронов
твердыми телами и жидкостями под действием электромагнитного излучения в вакуум или
другую среду.
Фотон – от греческого "свет" – элементарная частица, квант электромагнитного
излучения.Термин введен Г.Н. Льюисом в 1929г.
Эффект Комптона  упругое рассеяние электромагнитного излучения на свободных (или слабо
связанных) электронах, сопровождающееся увеличением длины волны; наблюдается при
рассеянии излучения малых длин волн  рентген и излучений.
Постулаты Бора:
1. в атоме существует набор стационарных состояний (орбит электронов), находясь в которых
атом не излучает электромагнитных волн.
2. В стационарном состоянии атома электрон, движущийся по круговой орбите, имеет
квантовые значения момента импульса. Len = me * V * rn, где Le -момент импульса, me - масса
электрона, V - скорость электрона, rn - радиус орбиты электрона, n - главное квантовое число
(номер стационарной орбиты).
3. При переходе атома из одного стационарного состояния в другое испускается или
поглощается один фотон. Еn - Em = h.
Спин - это внутреннее свойство, присущее электронам и другим элементарным частицам, подобно
тому, как ему присущи заряд и масса, - это квантовая и релятивистская величина, у спина нет
классического аналога, спин также квантуется.
Число различных состояний с каким-либо значением энергии называется кратностью
вырождения, соответствует энергетическому уровню.
Атомное ядро – центральная массивная часть атома, состоящая из нуклонов (протон +
нейтрон).
Нуклоны (р)– от греческого – первый – стабильная элементарная частица, ядро атома
водорода.
нейтрон - от латинского ни тот, ни другой – электрически нейтральная элементарная частица.
Открыта английским физиком Дж. Чедвиком (1932).
Зарядом ядра является величина Zе, где е – заряд протона, Z – порядковый номер химического
элемента в периодической системе Менделеева, равный числу протонов в ядре.
Изотопы – разновидности данного химического элемента, различаются по массе ядра, т.е.
ядра с одинаковыми Z, но различными А.
Изомерами называются радиоактивные ядра с одинаковыми Z и А, отличающиеся периодом
полураспада,.
Ядерные силы – силы, связывающие нуклоны в ядре. Ядерные силы оно из проявлений
сильных взаимодействий. Это взаимодействие можно описать с помощью поля ядерных сил.
Энергия связи ядра (Есв) – это энергия, которую необходимо затрать, чтобы расцепить ядро на
отдельные нуклоны.
Радиоактивность – способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно)
превращаться в другие ядра с испусканием частиц.
Радиоактивность, наблюдающаяся у ядер, существующих в природных условиях, называется
естественной.
Радиоактивность ядер, полученных посредством ядерных реакций, называется искусственной.
Под радиоактивным распадом понимают естественное радиоактивное превращение ядер,
происходящее самопроизвольно.
Интенсивность процесса радиоактивного распада характеризуют две величины: период
полураспада Т1/2 – промежуток времени, за который в среднем число нераспавшихся ядер
уменьшается вдвое;
Активность (А) нуклида (общее название атомных ядер, отличающихся числом протонов Z и
нейтронов N в радиоактивном источнике) называется величина, равная отношению числа N
распавшихся ядер ко времени t, за которое произошел распад: А = N / t (2).
Беккерель – активность нуклида, при которой за 1с происходит один акт распада.
Ядерные реакции – превращения атомных ядер при взаимодействии с частицами, в т.ч. с квантами или друг с другом.
Цепные ядерные реакции – ядерные реакции, в которых частицы, вызывающие их, образуются
как продукты этих реакций.
Минимальные размеры активной зоны, при которых возможно существование цепной реакции,
называются критическими размерами
Минимальная масса делящегося вещества, находящегося в системе критических размеров,
необходимая для осуществления цепной реакции, называется критической массой.
Ядерные реакторы – это устройства, в которых осуществляется и поддерживается
управляемая цепная реакция деления.
Термоядерные реакции – это ядерные реакции между легкими атомными ядрами,
протекающие при очень высоких температурах ( 108 К и выше).
РАЗДЕЛ 5. Практикум по решению задач (практических ситуаций) по темам лекций (одна
из составляющих частей итоговой государственной аттестации).
А.В. Кортнев, Ю.В. Рублев, А.Н. Куценко. Практикум по физике. Москва. Высшая
школа.1961.
o
o
o
o
o
o
Измерение физических величин.
Приближенные вычисления.
Теория погрешностей.
Измерение длин, площадей, объемов и углов.
Точное взвешивание.
Измерение атмосферного давления.
РАЗДЕЛ 6. Изменения в рабочей программе, которые произошли после утверждения
программы.
Характер изменений в
программе
Номер и дата
протокола заседания
кафедры, на котором
было принято данное
решение
Подпись заведующего
кафедрой,
утверждающего
внесенное изменение
Подпись декана
факультета
(проректора по
учебной работе),
утверждающего
данное изменение
РАЗДЕЛ 7. Учебные занятия по дисциплине ведут:
Ф.И.О., ученое звание и степень Учебный год
преподавателя
Факультет
Специальность.