РАЗДЕЛ 2. УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ И ИНДИВИДУАЛЬНЫХ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКИХ ЗАДАНИЙ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И УПРАВЛЕНИЯ − «НИНХ»

Институт ____Прикладной Информатики____________________________

Кафедра __Современного Естествознания и Наукоемких Технологий________

Методические указания

Для выполнения лабораторных работ

И расчетно-графических заданий

По учебной дисциплине

«Химия и материаловедение»

для студентов, обучающихся по направлению

222000 – «Инноватика»

Разработчик:

Волкова О. С., доцент кафедры СЕНТ, к. х. н., доцент

РАЗДЕЛ 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Основная цель выполнения лабораторных работ и индивидуальных расчетно-графических заданий — закрепление теоретического материала курса химии и получение навыков применения теории для анализа и количественной оценки явлений природы. С использованием компьютерных моделей программы “Открытая химия” студенты должны научиться получать и грамотно обрабатывать экспериментальные данные, рассчитывать требуемые параметры, делать выводы об особенностях изучаемых процессов или явлений, о соответствии представленных моделей природным аналогам. Важным преимуществом компьютерных моделей является то, что они помогают наглядно объяснить явления, наблюдаемые на практике, на микроскопическом (атомно-молекулярном) уровне и тем самым позволяют сформировать представление об универсальном характере законов природы.

РАЗДЕЛ 2. УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ И ИНДИВИДУАЛЬНЫХ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКИХ ЗАДАНИЙ

2.1 Методика выполнения лабораторной работы

В настоящем практикуме используются компьютерные модели, разработанные в рамках программы “Открытая химия”. Все лабораторные работы, запланированные в рамках данного курса, должны выполняться студентами индивидуально и самостоятельно.

Перед выполнением лабораторной работы необходимо тщательно изучить теоретический материал по теме (в инструкциях к работам указываются параграфы в учебниках и коротко изложены основные понятия и формулы).

Непосредственная работа на компьютере состоит в проведении одного или нескольких экспериментов, условия которых определяются индивидуально для каждого студента согласно инструкции. Затем предполагается обработка полученных результатов (математическая, статистическая или графическая) с целью определения численного значения требуемых параметров и сравнение полученных данных со справочными.

Дома студент выполняет индивидуальное расчетно-графическое задание — отчет по лабораторной работе, который сдает преподавателю на проверку. Отчет засчитывается при условии выполнения всех заданий, перечисленных в инструкции, и при отсутствии ошибок. В противном случае отчет возвращается студенту для доработки.

2.2 Требования к оформлению отчета по лабораторной работе

Отчет по лабораторной работе, выполненный от руки, представляется на отдельных тетрадных листах или листах формата А4. В отчете должна содержаться следующая информация:

– фамилия, имя студента, номер группы, номер варианта задания (определяется по номеру компьютера, за которым работает студент, или согласно порядковому номеру студента в списке группы);

– экспериментальная часть. Она включает в себя условия каждого из проводимых экспериментов и результаты, полученные в работе. Все экспериментальные данные и результаты расчетов заносятся в таблицы. При проведении вычислений необходимо подробно расписать методику расчета на нескольких примерах. В некоторых заданиях требуется по полученным данным построить графики и по значению тангенса угла наклона определить искомый параметр (допускается использование компьютерной программы Excel);

– выводы по работе (сравнить полученный результат со справочным значением, определить вид исследуемой зависимости и т.д.).

В конце описания каждой работы приводится примерный вариант формы отчета по лабораторной.

При выполнении отчета необходимо обратить внимание на следующие моменты:

– при подстановке числовых значений в формулы необходимо следить, чтобы все используемые величины были выражены обязательно в одной и той же системе единиц – СИ, и обязательно указывать размерность всех физических величин. В некоторых случаях в работах величины приводятся с использованием десятичных приставок, которые нужно обязательно учитывать при вычислениях. Кроме того, важно обращать внимание на степень точности окончательного результата: точность ответа не должна превышать точности, с которой даны исходные величины, а также правильно записывать порядок чисел (например, вместо записи 0,05·10^-2 нужно указывать число 5·10^-4).

– при статистической обработке данных необходимо конечный результат записывать в виде: y = y_cp ± s_у, где y_cp – среднее значение искомого параметра, вычисленное по итогам n проведенных измерений, а s_у – среднеквадратичное отклонение, по величине которого определяется степень разброса экспериментальных данных.

{Статистическую обработку результатов можно производить с помощью встроенного калькулятора (входит в набор стандартных программ). Для этого нужно выбрать “Вид” калькулятора – “инженерный” и включить кнопку “Sta” (откроется дополнительное окно). Набрать на клавиатуре нужное число и нажать кнопку “Dat” –набранное значение появится в этом окне. Повторить процедуру ввода со всеми используемыми данными. Если по ошибке внесено неверное значение, его можно удалить из памяти калькулятора: выделить неправильное значение в окне левой клавишей мыши и нажать кнопку “CD”. По окончании ввода данных (общее количество введенных значений также высвечивается в этом окне) нажать кнопку “Ave” – в строке калькулятора появится среднее значение, рассчитанное для всего массива введенных чисел; при нажатии кнопки “s” – высвечивается среднеквадратичное отклонение. Чтобы удалить все данные перед новым расчетом, нужно нажать кнопку “CAD”.

Статистическую обработку данных можно также осуществлять с использованием программы Excel. Для этого необходимо занести данные в строку или столбец книги, выделить ячейку, куда будет заноситься результат вычислений, и левой клавишей мыши нажать кнопку “fx“. В открывшемся окне “Мастер функций” выбрать категорию “статистические”, из перечня функций выбрать “СРЗНАЧ” и нажать “ОК”. В появившемся окне в графе “Число 1” указать область листа книги, по которой будут производиться вычисления: например, если 10 значений находятся в колонке А, в данную графу нужно с клавиатуры ввестиА1:А10. После нажать “ОК”. В выделенной ячейке появится требуемое значение. Вычисление среднеквадратичного значения проводится аналогичным образом, только выбирается статистическая функция “СТАНДОТКЛОН”.}

– при построении графика y = f(x) необходимо подписать, какие величины отложены по осям, указать их масштаб, нанести все экспериментальные точки и аккуратно соединить их линией. Если в ходе лабораторной работы требуется определить значение тангенса угла наклона полученной прямой (tg = Δу/Δх), то это можно сделать непосредственно из графика или исходя из экспериментальных значений, занесенных в таблицу. В последнем случае соотношение Δу/Δх рассчитывается по всем соседним столбцам таблицы, а полученные значения подвергаются статистической обработке, как описано выше.

{Методика построения графиков в программе Excel 2003. Ввести с клавиатуры численные значения переменных “х” и “у” в разные столбцы листа книги. Левой клавишей мыши выделить область листа с введенными значениями. На панели задач выбрать команды “Вставка” и “Диаграмма” – откроется окно “Мастер диаграмм”. Из перечня стандартных диаграмм нужно выбрать тип диаграммы “точечная” (а не “график”!), в окне “Вид” из предложенных вариантов выбрать такой, где бы экспериментальные данные обозначались точками (при этом с помощью кнопки “Просмотр результата” можно увидеть, как будет выглядеть будущий график) и нажать “Далее”. В окне появится вид диаграммы. Нажав кнопку “Ряд”, можно в открывшемся окне в графе “Имя” дать название приводимым на графике данным (оно появится в легенде), а также указать область значений “Х” и “Y” в соответствующих строках (полезно использовать в случае, если перепутаны оси). Если все устраивает, снова нажать кнопку “Далее”. Заполнить строчки “Название диаграммы“, “Ось Х” и “Ось Y” (указать, какие величины отложены по осям, в каких единицах они измеряются). Можно также, нажав кнопку “Подписи данных” и поставив галочку в строке “Значение Y”, вывести на диаграмму эти данные. По окончании нажать “Далее”. Выбрать, куда поместить диаграмму – на отдельный лист или на уже имеющийся, и нажать “Готово”.

Если требуется определить значение тангенса угла наклона прямой, то надо выделить мышью область диаграммы, а на панели задач выбрать команды “Диаграмма” и “Добавить линию тренда”. При этом откроется окно “Линия тренда”, в котором выбирается команда “Линейная”, затем, щелкнув по команде “Параметры”, поставить галочку в графе “Показывать уравнение на диаграмме” и нажать “ОК” – на диаграмме появится уравнение вида у = a·x + b, где коэффициент а и есть требуемая величина.

Построение графиков в программе Excel 2007. Ввести с клавиатуры численные значения переменных “х” и “у” в разные столбцы листа книги. Левой клавишей мыши выделить область листа с введенными значениями. На панели задач выбрать команды “Вставка” и “Диаграмма” и из перечня стандартных диаграмм нужно выбрать тип диаграммы “точечная” (а не “график”!), а из предложенных вариантов выбрать такой, где бы экспериментальные данные обозначались точками с соединительными линиями. Чтобы подписать оси на диаграмме, нужно, наведя курсор мыши на название оси, щелкнуть по нему левой клавишей, удалить клавишей “Delete” исходное название и ввести свое.

Далее если требуется определить значение тангенса угла наклона прямой, то в разделе “Конструктор”, “Макеты диаграмм” выбрать макет № 9 – на этой пиктограмме отображена линеаризация данных с помощью функции f_x, и дважды щелкнуть левой клавишей мыши – на диаграмме появится требуемое уравнение прямой. Эту же операцию (добавление линии тренда) можно осуществить и другим способом. Для этого щелкните правой клавишей мыши по любой из экспериментальных точек на диаграмме и в открывшемся меню выберите пункт “Добавить линию тренда”, после чего в открывшемся окне поставить точку напротив нужного вида функции - “Линейная” и галочку напротив строки “Показывать уравнение на диаграмме”, затем закрыть окно. На диаграмме появится уравнение вида у = a·x + b, где коэффициент а и есть требуемая величина

График, построенный в Excel, распечатывается и прикладывается к отчету.}