一種密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法和裝置。該處理方法包括：計(jì)算多個(gè)油滴的電荷量；將所述多個(gè)油滴的電荷量投射到直角坐標(biāo)系中得到多個(gè)點(diǎn)，所述直角坐標(biāo)系的橫軸表示所述油滴的帶電荷數(shù)，所述直角坐標(biāo)系的縱軸表示所述電荷量；擬合所述多個(gè)點(diǎn)生成過(guò)直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)的直線；獲得最小電荷的實(shí)驗(yàn)值，所述實(shí)驗(yàn)值為所述直線的斜率。通過(guò)計(jì)算多個(gè)油滴的電荷量，將多個(gè)油滴的電荷量投射到直角坐標(biāo)系中，將投射得到點(diǎn)擬合生成直線，直線的斜率即為電子電荷的實(shí)驗(yàn)值，數(shù)據(jù)的計(jì)算過(guò)程為計(jì)算設(shè)備自動(dòng)實(shí)時(shí)處理，擬合求斜率的計(jì)算方式更精確。
【專利說(shuō)明】一種密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法和 裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]密立根油滴實(shí)驗(yàn)是美國(guó)物理學(xué)家密立根所做的測(cè)量電子電荷實(shí)驗(yàn)。1907-1913年 期間，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)所有油滴所帶電量均是 一最小電荷的整數(shù)倍，該最小電荷即是電子電荷。通常測(cè)量密立根油滴的方法為靜態(tài)法，即 選好一顆適當(dāng)?shù)挠偷?，加平衡電壓，使之基本不?dòng)。加升降電壓，讓油滴緩慢移動(dòng)到視場(chǎng)上 方某一刻度線上，記下平衡電壓。去掉平衡電壓，油滴開(kāi)始加速下降，當(dāng)達(dá)到勻速時(shí)開(kāi)始計(jì) 時(shí)，記下勻速狀態(tài)下下降的距離和時(shí)間。對(duì)每一顆油滴測(cè)量5?8次，并選擇至少1〇顆不 同油滴進(jìn)行測(cè)量。
[0003]由于電子電荷電量屬于微小物理量的測(cè)量，此實(shí)驗(yàn)有相當(dāng)?shù)碾y度，傳統(tǒng)密立根油 滴測(cè)量方法利用手動(dòng)調(diào)節(jié)控制油滴運(yùn)動(dòng)，通過(guò)CCD和監(jiān)視器觀察并讀取油滴數(shù)據(jù)，然后手 動(dòng)計(jì)算電子電荷，也就是最小電荷的實(shí)驗(yàn)值,這種測(cè)量方法缺陷是人為誤差較大，測(cè)量不夠 準(zhǔn)確，并且數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)計(jì)算。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出了一種密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法和裝置，其通過(guò)計(jì)算多個(gè)油滴 的電荷量，將多個(gè)油滴的電荷量投射到直角坐標(biāo)系中，將投射得到點(diǎn)擬合生成直線，直線的 斜率即為電子電荷的實(shí)驗(yàn)值，數(shù)據(jù)的計(jì)算過(guò)程為計(jì)算設(shè)備自動(dòng)實(shí)時(shí)處理，擬合求斜率的計(jì) 算方式更精確。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] 一方面采用一種密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，包括：
[0007] 計(jì)算多個(gè)油滴的電荷量；
[0008] 將所述多個(gè)油滴的電荷量投射到直角坐標(biāo)系中得到多個(gè)點(diǎn)，所述直角坐標(biāo)系的橫 軸表示所述油滴的帶電荷數(shù)，所述直角坐標(biāo)系的縱軸表示所述電荷量；
[0009] 擬合所述多個(gè)點(diǎn)生成過(guò)直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)的直線；
[0010] 獲得最小電荷的實(shí)驗(yàn)值，所述實(shí)驗(yàn)值為所述直線的斜率。
[0011] 其中，所述計(jì)算多個(gè)油滴的電荷量之前，還包括：
[0012] 采集多個(gè)油滴的視頻數(shù)據(jù)；
[0013] 所述計(jì)算多個(gè)油滴的電荷量，包括：
[0014] 在刻度界面上顯示視頻數(shù)據(jù)，以從所述視頻數(shù)據(jù)中選取多個(gè)油滴；
[0015] 根據(jù)所述視頻數(shù)據(jù)獲取所述油滴的運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)時(shí)間，將所述運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng) 時(shí)間代入計(jì)算公式算得電荷量，所述計(jì)算公式為：
[0016] 或

【權(quán)利要求】
1. 一種密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，其特征在于，包括： 計(jì)算多個(gè)油滴的電荷量； 將所述多個(gè)油滴的電荷量投射到直角坐標(biāo)系中得到多個(gè)點(diǎn)，所述直角坐標(biāo)系的橫軸表 示所述油滴的帶電荷數(shù)，所述直角坐標(biāo)系的縱軸表示所述電荷量； 擬合所述多個(gè)點(diǎn)生成過(guò)直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)的直線； 獲得最小電荷的實(shí)驗(yàn)值，所述實(shí)驗(yàn)值為所述直線的斜率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，其特征在于，所述計(jì) 算多個(gè)油滴的電荷量之前，還包括： 采集多個(gè)油滴的視頻數(shù)據(jù)； 所述計(jì)算多個(gè)油滴的電荷量，包括： 在刻度界面上顯示視頻數(shù)據(jù)，以從所述視頻數(shù)據(jù)中選取多個(gè)油滴； 根據(jù)所述視頻數(shù)據(jù)獲取所述油滴的運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)時(shí)間，將所述運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)時(shí)間 代入計(jì)算公式算得電荷量，所述計(jì)算公式為： 3 _ ? 1 18^· η? d f 1 lY lV ^ _ · -J- λΙ^-PS 1 +上 G 人 ' _ pa _ 3 2 _ \%π η? d _ V Pa)_ 其中：P表示油滴密度；g表示重力加速度；n表示空氣粘滯系數(shù)；1表示油滴勻速運(yùn) 動(dòng)的運(yùn)動(dòng)距離；b表示修正常數(shù)；a表示油滴半徑；ρ表示大氣壓強(qiáng)；d表示平行極板間距離； tu表示油滴勻速上升1的運(yùn)動(dòng)時(shí)間；td表示油滴勻速下降1的運(yùn)動(dòng)時(shí)間；U表示油滴平衡電 壓。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，其特征在于，所述采 集多個(gè)油滴的視頻數(shù)據(jù)，具體為： 攝像機(jī)的鏡頭正對(duì)CCD顯微鏡的目鏡采集油滴運(yùn)動(dòng)圖像，視頻采集卡將所述油滴運(yùn)動(dòng) 圖像轉(zhuǎn)換為視頻數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，其特征在于，所述在 刻度界面上顯示視頻數(shù)據(jù)，以從所述視頻數(shù)據(jù)中選取多個(gè)油滴，具體為： 在刻度界面上顯示視頻數(shù)據(jù)，調(diào)整視頻數(shù)據(jù)的圖像亮度和對(duì)比度，從調(diào)整后的視頻數(shù) 據(jù)中選取多個(gè)油滴。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，其特征在于，所述采 集多個(gè)油滴的視頻數(shù)據(jù)時(shí)，還包括： 調(diào)整油滴平衡電壓。
6. -種密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理裝置，其特征在于，包括： 電荷量計(jì)算單元，用于計(jì)算多個(gè)油滴的電荷量； 坐標(biāo)投射單元，用于將所述多個(gè)油滴的電荷量投射到直角坐標(biāo)系中得到多個(gè)點(diǎn)，所述 直角坐標(biāo)系的橫軸表示所述油滴的帶電荷數(shù)，所述直角坐標(biāo)系的縱軸表示所述電荷量； 直線擬合單元，用于擬合所述多個(gè)點(diǎn)生成過(guò)直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)的直線； 斜率計(jì)算單元，用于獲得最小電荷的實(shí)驗(yàn)值，所述實(shí)驗(yàn)值為所述直線的斜率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理裝置，其特征在于，還包括： 視頻采集單元，用于采集多個(gè)油滴的視頻數(shù)據(jù)； 所述電荷量計(jì)算單元，包括： 視頻數(shù)據(jù)顯示模塊，用于在刻度界面上顯示視頻數(shù)據(jù)，以從所述視頻數(shù)據(jù)中選取多個(gè) 油滴； 油滴參數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述視頻數(shù)據(jù)獲取所述油滴的運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)時(shí)間，將 所述運(yùn)動(dòng)距離和運(yùn)動(dòng)時(shí)間代入計(jì)算公式算得電荷量，所述計(jì)算公式為： I I 版 η? dil lYlV ^ - - · - - I----- i+A 「U g人， _ pa _ 3 2 _ η? d _Λ Pa)_ 其中：P表示油滴密度；g表示重力加速度；η表示空氣粘滯系數(shù)；1表示油滴勻速運(yùn) 動(dòng)的運(yùn)動(dòng)距離；b表示修正常數(shù)；a表示油滴半徑；ρ表示大氣壓強(qiáng)；d表示平行極板間距離； tu表示油滴勻速上升1的運(yùn)動(dòng)時(shí)間；td表示油滴勻速下降1的運(yùn)動(dòng)時(shí)間；U表示油滴平衡電 壓。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理裝置，其特征在于，所述視 頻采集單元，具體用于： 攝像機(jī)的鏡頭正對(duì)CCD顯微鏡的目鏡采集油滴運(yùn)動(dòng)圖像，視頻采集卡將所述油滴運(yùn)動(dòng) 圖像轉(zhuǎn)換為視頻數(shù)據(jù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理裝置，其特征在于，所述視 頻數(shù)據(jù)顯示模塊，具體用于： 在刻度界面上顯示視頻數(shù)據(jù)，調(diào)整視頻數(shù)據(jù)的圖像亮度和對(duì)比度，從調(diào)整后的視頻數(shù) 據(jù)中選取多個(gè)油滴。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種密立根油滴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理裝置，其特征在于，還包 括：電壓調(diào)整單元，用于在所述采集采集單元采集多個(gè)油滴的視頻數(shù)據(jù)時(shí)，調(diào)整油滴平衡電 壓。
【文檔編號(hào)】G09B23/18GK104298819SQ201410508679
【公開(kāi)日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】熊建平, 馬魯娟 申請(qǐng)人:深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院