Excel在密立根油滴实验数据处理中的应用研究

摘 要：针对目前密立根油滴实验数据处理的常用方法存在的不足，将最常用的微软表格软件Office Excel应用到密立根油滴实验数据的处理之中，简化了数据处理的方法。

关键词：实验；密立根油滴；数据处理

中图分类号：G632.3 文献标识:A 文章编号：1002-7661（2012）15-0264-01

密立根油滴实验是近代物理实验中一个著名的基础实验。该实验通过对微小油滴所带电荷的精确测量，证实了油滴电荷是基本电荷──电子电荷的整数倍，由此直观而准确地测量了电子电荷e由实验证实了物质世界中电荷的不连续性，为人类研究物质结构奠定了基础[1]。基本电荷量是通过求出一组油滴电量的最大公约数而获得的，但是在实验误差存在的情况下，求非整数的最大公约数是相当困难的[2]。笔者将最常用的微软表格软件Office Excel应用到密立根油滴实验数据的处理之中[3]，简化了数据处理的方法。

1 原理

测量带电物体所带的电量，有平衡测量法和动态测量法。本实验采用平衡测量法，如图1所示。

图1 密立根油滴实验示意图

1.1 库仑力与重力平衡:用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的水平放置的平行极板之间，当油在喷射时，由于喷射分散发生摩擦，油滴一般都是带电的。设油滴的质量为m，所带的电量为q，两极板间的电压为U，则油滴在平行极板间将同时受到两个力的作用，一个是重力mg，一个是静电力qE . 调节两极板间的电压U，可使该两力达到平衡。即mg=q■?圯q=mgd/U

1.2.空气阻力与重力平衡: 平行极板不带电的情况,油滴受重力作用而加速下降，但受空气阻力的作用（空气阻力与物体运动速度成正比），下降一段距离达到某一速度后，阻力与重力平衡（空气浮力忽略不记），油滴将匀速下降，根据斯托克斯定律，油滴匀速下降时：f■=6?仔a?浊v■=mg，式中η是空气的粘滞系数，a是油滴的半径，Vg=l/t。

1.3.测量表达式

由喷雾器喷出的小油滴的半径r是微米数量级，考虑到空气此时不能看着连续介质，其粘度需要修正，可推导最终的测量表达式为q=■■■■对于具体的实验，可得：q=■■

2 表格设计

2.1实验参数表

把实验过程中不作修改的常数参数填写在表格中，表格中的公式会自动计算所需的实验常数，供实验数据表格计算电量使用。

2.2 实验数据表

利用实验仪器调节极板间电压U，选取合适的油滴，测量其运动距离l所需要的时间t，记录每一组数据对应的U和t的值，表格直接计算出所测油滴所带电荷的电量。

2.3实验数据处理

利用表中数据进行进一步的作图处理，得到实验所需的结论。

3实验说明

整个数据处理过程简单，可在Excel中进行，不需要编程，只需要输入公式，比较适会学生实验进行数据处理。

实验的主要误差来源：

1)油滴平衡状态不好判断，平衡电压改变几伏甚至几十伏，肉眼也难准确判断是否平衡。

2)温度对油漆密度的影响不能忽略。

3)下落过程开始是加速运动，再到匀速运动，实验中忽略最初的加速运动，一律作为匀速运动处理。

4)油滴下落，从眼睛看到到扳动开关，有时间间隔，使测量时间产生1％左右的误差。

参考文献:

[1] 罗春梅.密立根油滴实验数据的计算机处理[J].物理与工程,2008,18(6):28-29

[2] 王广涛,陈健,魏建宇等. 密立根油滴实验数据的处理方法[J].物理实验,2004,24(12):22-24

[3] 吴晓波,胡秋波,李珊.Excel在密立根油滴实验教学中的应用研究[J].洛阳理工学院学报,2009,19(4):82-84