張 鑫，郭 勝，李金玉

（浙江海洋學(xué)院，浙江 舟山 316000）

C語(yǔ)言在密立根實(shí)驗(yàn)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(cè)油滴的電荷，求基本電量，及驗(yàn)證電荷量子性的實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)采用倒過(guò)來(lái)驗(yàn)證法，數(shù)據(jù)多，計(jì)算量較大，本文探討使用C語(yǔ)言編程來(lái)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

密立根；倒過(guò)來(lái)驗(yàn)證；C語(yǔ)言編程

1 實(shí)驗(yàn)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(shí)，一般都帶上電荷。當(dāng)平行板不加電壓時(shí):油滴在空氣中自由下落，下落過(guò)程中受二個(gè)力（空氣浮力可忽略）重力mg，空氣對(duì)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(duì)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(chǎng)力平衡，油滴帶電為q，兩極板間距為d、電壓為U、電場(chǎng)強(qiáng)度為E。

則有關(guān)系式:聯(lián)立上述式子可得

2 實(shí)驗(yàn)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(qiáng):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(cè)量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸進(jìn)去就可得到表1中的計(jì)算結(jié)果，C語(yǔ)言程序輸出數(shù)據(jù)界面見(jiàn)圖1。

圖1 C語(yǔ)言程序輸出數(shù)據(jù)界面圖

C語(yǔ)言程序代碼如下:

3 實(shí)驗(yàn)總結(jié)與展望

將表1數(shù)據(jù)采用Excel計(jì)算，如圖2，圖中顯示R的平方值為0.9948驗(yàn)證q=ne的正確性

圖2 電量q和電荷數(shù)關(guān)系圖

本實(shí)驗(yàn)找合適的油滴比較費(fèi)時(shí)間，在顯示器看見(jiàn)的過(guò)大的或者過(guò)小的油滴均為不合適的油滴。再者在實(shí)驗(yàn)中還有很多因素影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度比如:

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

（2）、油滴在下落過(guò)程中存在斜向運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有使油滴垂直方向運(yùn)動(dòng)。

（3）、油滴在下落過(guò)程中，計(jì)時(shí)開(kāi)始，結(jié)束線沒(méi)有仔細(xì)觀察，造成下落時(shí)間沒(méi)測(cè)準(zhǔn)。

（4）、油滴在模糊的情況下就進(jìn)行了測(cè)量，沒(méi)有微調(diào)測(cè)量顯微鏡的調(diào)焦手輪使油滴變清晰。

本實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電荷電量的量子性，實(shí)驗(yàn)儀器簡(jiǎn)單而有效，構(gòu)思巧妙并且方法簡(jiǎn)潔，是物理實(shí)驗(yàn)的典范，計(jì)算方法的研究不失為該實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教程［M］北京:中國(guó)水利水電出版社，2011.

［2］ 蔡旭紅.用VC++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)［J］.汕頭大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006.

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

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

［5］ 段蘋，王吉有，秦麗，等.計(jì)算機(jī)偏程在密立根油滴實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2014（1）:70-73.

［6］ 密立根油實(shí)驗(yàn)的探究性數(shù)據(jù)處理方案［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，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(cè)油滴的電荷是物理學(xué)發(fā)展史上具有重要意義的實(shí)驗(yàn)［1］。這一實(shí)驗(yàn)首次證明了電荷的不連續(xù)性，測(cè)定基本電荷e=1.60× 10-19庫(kù)侖，是物理學(xué)中基本常數(shù)之一。密立根油滴實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)精巧，設(shè)備簡(jiǎn)單，而實(shí)驗(yàn)結(jié)論意義重要，是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的經(jīng)典典范。本實(shí)驗(yàn)采用靜態(tài)法測(cè)量油滴帶電量，并計(jì)算基本電荷量，證明其量子性。數(shù)據(jù)處理中本實(shí)驗(yàn)采取倒過(guò)來(lái)驗(yàn)證法，數(shù)據(jù)較多計(jì)算量大，對(duì)如何計(jì)算處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)已有些相關(guān)的討論，我們使用C語(yǔ)言編程來(lái)處理數(shù)據(jù)要便捷的多［2-5］。