基于Labview的密立根油滴實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理

1、基于Labview對(duì)密立根油滴實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理2009263085 周啟超物理學(xué)類摘要:本文主要內(nèi)容是利用Labview對(duì)密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。其中主要描述了密立根油滴實(shí)驗(yàn)的基本原理,人為自行輸入數(shù)據(jù),由labview編程,計(jì)算機(jī)自行處理數(shù)據(jù),以及自行繪制函數(shù)圖象。關(guān)鍵詞:密立根油滴實(shí)驗(yàn)Labview編程數(shù)據(jù)處理繪制圖象引言:密立根油滴實(shí)驗(yàn),美國(guó)物理學(xué)家密立根所做的測(cè)定電子電荷的實(shí)驗(yàn)。1907-1913年密立根用在電場(chǎng)和重力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的帶電油滴進(jìn)行實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)所有油滴所帶的電量均是某一最小電荷的整數(shù)倍,該最小電荷值就是電子電荷。用Labview處理數(shù)據(jù),跳過人為計(jì)算過程,減小人為計(jì)算的誤差。1.L

2、abview簡(jiǎn)介:LabVIEW(laboratory virtual instrument engineering workbench實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程工作平臺(tái),是一個(gè)基于G語(yǔ)言的圖形編程開發(fā)環(huán)境,它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受,視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。它含有種類豐富的函數(shù)庫(kù),科學(xué)家和工程師們利用它可以方便靈活地搭建功能強(qiáng)大的測(cè)試系統(tǒng)。LabVIEW與Visual C+、Visual Basic等編程語(yǔ)言不同,后幾種都是基于文本的語(yǔ)言,而LabVIEW則是使用圖形化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言G語(yǔ)言,用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼,編程的過程即是使用圖形符號(hào)表達(dá)程序行為的過程,源代碼不

3、是文本而是框圖。LabVIEW的框圖中使用了豐富的設(shè)備和模塊圖標(biāo),與科學(xué)家、工程師們習(xí)慣的大部分圖標(biāo)基本一致,這使得編程過程和思維過程非常的相似。多樣化的圖標(biāo)和豐富的色彩也給用戶帶來不一樣的體驗(yàn)和樂趣。2.密立根油滴實(shí)驗(yàn)的原理;用噴霧器將油滴噴入電容器兩塊水平的平行電極板之間時(shí),油滴經(jīng)噴射后,一般都是帶電的。在不加電場(chǎng)的情況下,小油滴受重力作用而降落,當(dāng)重力與空氣的浮力和粘滯阻力平衡時(shí),它便作勻速下降,它們之間的關(guān)系是:mg=F1+B(1式中:mg油滴受的重力,F1空氣的粘滯阻力,B空氣的浮力。令、分別表示油滴和空氣的密度;a為油滴的半徑;為空氣的粘滯系數(shù);vg 為油滴勻速下降速度。因此油滴受

4、的重力為mg=4/3a3g(注:a3為a的3次方,以下均是,空氣的浮力mg=4/3a3g,空氣的粘滯阻力f1=6aVg (流體力學(xué)的斯托克斯定律, Vg表示v下角標(biāo)g。于是(1式變?yōu)?4/3a3g=6aVg+4/3a3g可得出油滴的半徑a=3(Vg/2g(-1/2(2當(dāng)平行電極板間加上電場(chǎng)時(shí),設(shè)油滴所帶電量為q,它所受到的靜電力為qE,E 為平行極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度,E=U/d,U為兩極板間的電勢(shì)差,d為兩板間的距離。適當(dāng)選擇電勢(shì)差U的大小和方向,使油滴受到電場(chǎng)的作用向上運(yùn)動(dòng),以ve表示上升的速度。當(dāng)油滴勻速上升時(shí),可得到如下關(guān)系式:F2+mg=qE+B(3上式中F2為油滴上升速度為Ve時(shí)空氣的粘

5、滯阻力:F2=6aVe由(1、(3式得到油滴所帶電量q為q=(F1+F2/E=6ad/(Vg+Ve(4(4式表明,按(2式求出油滴的半徑a后,由測(cè)定的油滴不加電場(chǎng)時(shí)下降速度vg和加上電場(chǎng)時(shí)油滴勻速上升的速度ve,就可以求出所帶的電量q。注意上述公式的推導(dǎo)過程中都是對(duì)同一個(gè)油滴而言的,因而對(duì)同一個(gè)油滴,要在實(shí)驗(yàn)中測(cè)出一組vg、ve的相應(yīng)數(shù)據(jù)。用上述方法對(duì)許多不同的油滴進(jìn)行測(cè)量。結(jié)果表明,油滴所帶的電量總是某一個(gè)最小固定值的整數(shù)倍,這個(gè)最小電荷就是電子所帶的電量e。3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的Labview編程 圖1 圖2 計(jì)算電荷的半徑a數(shù)據(jù)處理的前面板 圖3 計(jì)算油滴的電量q 圖4 計(jì)算n并輸入到電子表

6、格中2用xy圖顯示q與n 圖5 圖示q與n的前面板 圖6 q與n的前面板的程序框圖3誤差分析圖7 誤差分析的前面板 圖8 誤差分析的程序框圖 由于制作水平有限，對(duì)于輸出數(shù)據(jù)的處理及分析，通過查閱資料，我們的預(yù)期處理方法 是作圖法。 通過測(cè)量 N 個(gè)油滴的帶電量， 畫出線性關(guān)系, n 為自變量， 為因變量， 為斜率, q e m 個(gè)油滴對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)在 nq 坐標(biāo)系中將在同一條過原點(diǎn)的直線上，若找到滿足這一關(guān)系的 直線，就可以用斜率求得 e 值。 。 2009263085 Zhou Qichao physics class Abstract: This paper mainly on the use of Labview Millikan oil-drop experiment data processing. Which describes the Millikan oil-drop experiment the basic principle of human