密里根油滴实验数据处理的方法创新

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1、密里根油滴实验数据处理的方法创新XXXXXXXXXXXXXXX摘要：介绍了密里根油滴实验的主要H的和基本原理，展现出该实验极为耕妙的设计理念。通过不断改进数据处理方案，对逆向求解法、欧儿里得算法和计算机编程法三种方法的特点及相互间的联系给出了很好的注解，从一定程度上还原了该实验富冇的研究性内涵。关键词：密里根油滴实验；逆向求解法；欧几里得算法；计算机编程法InnovativeMethodsforthedataprocessingofMillikanoildropsXXXXXXXXXXXXXXXAbstract：Thispaperdiscus

2、sedthemainpurposesandbasicprinciplesofMillikanoildrops,showingitsextremelysubtledesignconcept.Throughcontinuousimprovementofdataprocessingthemes,thecharacteristicsandcontactsofthethreemethodshavebeengivenagoodannotation,restoringtherichconnotationofthisexperimenttoacertain

3、extent.Keywords:Millikanoildrops;themethodofreversesolving;Euclideanalgorithm;themethodofcomputerprogramming密里根油滴实验是近代物理学史上具有重要意义的实验之一。它的设计巧妙、原理清晰，以微观和宏观之间的测量转换为跳板，证明了电荷的不连续性，并确定了基本电荷幺的量值，堪称科学界的一项伟大成就。时至今日，其魅力也依然经久不衰，吸引着众多学者重复密里根曾经做过的工作。经过近百年的仪器更新和步骤改进，整个实验的测量过程更加方便，采集到的原始

4、数据也更为准确，但对于数据的处理始终未提出很好的应对Z策：目前文献中所见的诸多方法均存在着一定的缺陷，其中有些方法的局限性是不可避免的，而有些方法可以做进-步的改进。1原理分析用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的平行板间，如图1所示。通过调节平衡电压使得带电量为q的油滴达到受力平衡：mg=q#(1)为了测定油滴的带电量如需已知油滴质量m。但加值很小，难以完成测量，因此要转换为宏观量进行推算，方法如下。将平行极板间的电压撤去，油滴受重力作用加速下降，直至所受空气阻力与重力平衡，开始做匀速运动。由斯托克斯定律可得：mg=6nrrjv(2)式中，厂为

5、油滴半径，耳为空气粘滞系数，"为油滴匀速下降时的速度。m=-nr3p3r(3)解出油滴半径:(4)对于半径小到10*6m认为是均匀连续的，故将7?修正为：77’_丄71~1+AP厂2pg的油滴，空气介质不能(5)式中，b为一修正系数，p为大气压强，于是可得:(3)(6)两式联立,4m=-713(6)JPr因此油滴质量为:3(竺咼)22pgi+—“pr(7)式(7)中还包含油滴半径门但因r是处于修正项中，可以不十分精确，故可将式(4)代入式(7)进行计算。又所以式(7)可化为:V—l/t(8)4m=-7139耳11(猛沦)Vr32P(9)该整

6、数就是油滴所带的基本电荷数目小再用n除如即得基本电荷值£‘，并将0’与公认值做比较。相应的数据处理结果如表2所示。这种方法的计算量较小，且过程流畅、易于理解，因而在实验教学中获得了普遍应用。Id2—U(10)油滴带电虽/值/xlO-19C误差"％q/xl(T叱”值3.1578221.578911.441243.2180821.609040.439494.8570031.618941.057264.7829?31.594320.47928&0560051.611170.572603.1680021.583771.13818表2逆向求解法的数据

7、处理结果将式(9)代入式(1)可得：侍]prJ式(4)及式(10)就是本实验所用的两个基本公式。2数据处理2.1初步处理过程已知：油的密度p=981kg/m空气粘滞系数7)=1.83x10'5kg/(ms),重力加速度^=9.80m/s2,油滴匀速下降的距离匸2.00xl0"m,大气压强p=76.0cmHg,修.正系数b=6.17xlO'6mcmHg,平行极板间距d=5.00xW3mo将数据代入式(10)得：_1.43X10"141q~~[t(l+0.02Vt)]3/2un现使用南京培屮科技开发研究所生产的MOD-5型密里根油滴仪，测得

8、六组数据，并分别代入式(11)，计算得出六组q值，如表1所zjlC表1密里根油滴实验数据初步处理结果电压值U/V下落时间//S油滴带电量q/xlO•叱27127.463.1578