C語言在密立根實驗數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

張 鑫，郭 勝，李金玉

（浙江海洋學(xué)院，浙江 舟山 316000）

C語言在密立根實驗數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

張 鑫，郭 勝，李金玉?

（浙江海洋學(xué)院，浙江 舟山 316000）

用密立根油滴儀測油滴的電荷，求基本電量，及驗證電荷量子性的實驗是大學(xué)物理實驗的經(jīng)典實驗。實驗采用倒過來驗證法，數(shù)據(jù)多，計算量較大，本文探討使用C語言編程來處理實驗數(shù)據(jù)。

密立根；倒過來驗證；C語言編程

1 實驗原理

用噴霧器將油噴入水平放置的平行極板之間，油在被噴射撕裂成油滴時，一般都帶上電荷。當(dāng)平行板不加電壓時:油滴在空氣中自由下落，下落過程中受二個力（空氣浮力可忽略）重力mg，空氣對它的阻力f1的作用。最后油滴作勻速下落有:由斯托克斯定律知空氣阻力可表示為

斯托克斯定律是以連續(xù)介質(zhì)為前提的，對于半徑小到10-6m的微小油滴，不能將空氣看作連續(xù)介質(zhì)，因此空氣的粘滯系數(shù)修改為:

如果調(diào)節(jié)兩極板間的電壓U可使重力和電場力平衡，油滴帶電為q，兩極板間距為d、電壓為U、電場強度為E。

則有關(guān)系式:聯(lián)立上述式子可得

2 實驗數(shù)據(jù)記錄

基本參數(shù)記錄

油的密度:ρ=0.981×103kg·m-3

重力加速度:9.793 m·s-2

空氣粘滯系數(shù):η=1.83×10-5kg·m-1·s-1

油滴下降距離:?=0.002 m

修正常數(shù):b=6.17×10-6m·cm（Hg）=8.226×10-3mPa

大氣壓強:p=76.0 cmHg=101325 Pa

平行板間距離:d=0.005 m

表1 數(shù)據(jù)表格

將所測量的實驗數(shù)據(jù)輸進去就可得到表1中的計算結(jié)果，C語言程序輸出數(shù)據(jù)界面見圖1。

圖1 C語言程序輸出數(shù)據(jù)界面圖

C語言程序代碼如下:

3 實驗總結(jié)與展望

將表1數(shù)據(jù)采用Excel計算，如圖2，圖中顯示R的平方值為0.9948驗證q=ne的正確性

圖2 電量q和電荷數(shù)關(guān)系圖

本實驗找合適的油滴比較費時間，在顯示器看見的過大的或者過小的油滴均為不合適的油滴。再者在實驗中還有很多因素影響實驗的準(zhǔn)確度比如:

（1）、平衡電壓的測量不夠精確，沒有做到每次測量都要重新調(diào)整平衡電壓。

（2）、油滴在下落過程中存在斜向運動，沒有使油滴垂直方向運動。

（3）、油滴在下落過程中，計時開始，結(jié)束線沒有仔細(xì)觀察，造成下落時間沒測準(zhǔn)。

（4）、油滴在模糊的情況下就進行了測量，沒有微調(diào)測量顯微鏡的調(diào)焦手輪使油滴變清晰。

本實驗驗證了電荷電量的量子性，實驗儀器簡單而有效，構(gòu)思巧妙并且方法簡潔，是物理實驗的典范，計算方法的研究不失為該實驗的添彩之筆。本文作者能力有限，有不恰當(dāng)之處歡迎指正。

［1］ 竺江峰.大學(xué)物理實驗教程［M］北京:中國水利水電出版社，2011.

［2］ 蔡旭紅.用VC++語言實現(xiàn)密立根油滴實驗數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)［J］.汕頭大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2006.

［3］ 王廣濤，陳健，魏建宇，等.密立根油滴實驗數(shù)據(jù)的處理方法［J］.物理實驗，2004，24（12）:22-24.

［4］ 高禹.C語言程序設(shè)計［M］北京:清華大學(xué)出版社，2013.

［5］ 段蘋，王吉有，秦麗，等.計算機偏程在密立根油滴實驗中的應(yīng)用［J］.大學(xué)物理實驗，2014（1）:70-73.

［6］ 密立根油實驗的探究性數(shù)據(jù)處理方案［J］.大學(xué)物理實驗，2013（2）:88-90.

C Language Application in Millikan Experiment Data Processing

ZHANG Xin，GUO Sheng，LI Jin-yu
（Zhejiang Ocean University，Zhejiang Zhoushan 316000）

Millikan oil drop with a meter measuring droplet charge，seeking basic electricity，and experimental verification of the charge quantum physics experiment is a classic experiment.Experimental verification method using reversed，more data，large amount of calculation，the paper used the C programming language to deal with the experimental data.

Millikan；inverted verification；C language programming

O4-39

A

10.14139/j.cnki.cn22-1228.2015.01.021

1007-2934（2015）01-0063-03

2014-06-27

?通訊聯(lián)系人

密立根油滴儀測油滴的電荷是物理學(xué)發(fā)展史上具有重要意義的實驗［1］。這一實驗首次證明了電荷的不連續(xù)性，測定基本電荷e=1.60× 10-19庫侖，是物理學(xué)中基本常數(shù)之一。密立根油滴實驗設(shè)計精巧，設(shè)備簡單，而實驗結(jié)論意義重要，是大學(xué)物理實驗的經(jīng)典典范。本實驗采用靜態(tài)法測量油滴帶電量，并計算基本電荷量，證明其量子性。數(shù)據(jù)處理中本實驗采取倒過來驗證法，數(shù)據(jù)較多計算量大，對如何計算處理實驗數(shù)據(jù)已有些相關(guān)的討論，我們使用C語言編程來處理數(shù)據(jù)要便捷的多［2-5］。