Excel在密立根油滴实验教学中的应用研究
Excel在密立根油滴实验教学中的应用研究
摘
要 ：简述 了 目 前密立根 油滴实验数据处理的常用方法和存在 的不足。将 最常用的微软０ ｅ 中的Ｅ ｃＩ ｍｃ 软件 ｘｅ 表格
应用到密立根油 滴实验数据 的处理之 中，操作 简单 易行 ，简化 了数据处理 的方法 ，方便 了课 堂教 学，使 其更加符 合 高校 物理 实验教学的实际，收到 了良好的效果。 关键词：实验教 学；密立根 油滴；数据处理
收稿 日期： ０ ９０・ｌ ２ ０ —６１
作者简介： 吴晓波（ ７＿女， １ ７ ， 江苏宜兴人， ９ ） 博士研究生， 主要从事医用物理、物理教学及 电 磁材料结构性能方面的研究．
第４ 期
吴晓波等 Ｅ ｃｌ ｘｅ在密立根油滴实验教学中的应用研 究
８ ３
２１ 实验参数（ａａ 表 ． Ｐ ｒｍ）
但 是这 种 方法 是先 假 定 电子 的基 本 电量 ，再在 此基 础上 计 算并 验证 基 本 电量 ，这 种 颠倒 了因果关 系 的 验 证 性处 理方 法 大大 降低 了物理 实验 的科 学性 。此 外 ，处理 实 验数 据还 有 作 图法 及差 值 法ｌ 】 ６ ，但 是这两 种 方法 比较 复杂 ，不容 易操 作 。当计 算机 产 生后 ，很 多 高校 教师 采 用计 算 机处 理 实验 数据 的方法 ，大 大 提
据 处理 中作 为 常数 处 理 。计算 油 滴 电量还 需 要两 个参 数 ： 电压 和 油滴 运 动 时 间７ ，这两 个参 数将在 实 验 中计算测 得 。
２ 表格设计 和使 用方法
Ｅ ｃｌ 格用 不 同底 色提 示 单元 格 内容 。黄色 ：参 数名 、单位 、记录 数等 常量 ， 无 需修 改；蓝色 ：计 ｘｅ 表 算 公式 ，无 需更改 ； 白色 ：可 以手动 填写更 改 的参 数或 实验测 得 的数据 。表 格共 分３ 。 页
实习一 应用Excel 管理石油地质数据
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实习一 W10 W11 w12 w13 w14 w15 w16 w17 w18 w19 W20 W21 W22 3．实验步骤 3.1 启动 Excel 双击桌面的 2042.80 2099.30 2094.00 2069.40 2058.20 2112.70 2070.00 2036.20 2052.70 2180.80 2024.00 2037.90 2051.50 2049.00 2103.00 2099.70 2076.30 2065.40 2116.50 2075.40 2043.80 2056.20 2191.20 2027.70 2042.30 2055.30
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应用 Excel 管理石油地质数据
数据筛选： 筛选数据是将数据清单中满足条件的记录显示出来， 而将不满足条件的记录 暂时隐藏，使用筛选功能可从一个很大的数据库中检索到所需的信息。 选取数据清单中的任一单元格，单击【数据】→【筛选】→【自动筛选】子命令，在清 单第一行的各字段名右边出现一个下拉箭头。 单击任一各字段名右边的下拉式按钮， 可显示 该列字段内容的下拉表，如单击‘解释结论’字段名右边的下拉式按钮，再选取指定的列项 为‘油层’ ，即可将所有的油层井筛选出来。
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（4） 步骤 2 中可见厚度柱状图的预览 图，纵坐标为选定的厚度数据区间， 横坐标则是系统缺省值 1、2、3。单击 【系列】选项卡，单击【分类（X）轴 】的数值栏以定位鼠标，而 标志（T） 后选定气层、水层、油层等三个单元， 参数值将自动加入到窗口的数值栏 中，如右图所示。其中，S1-1-3 为工 作表名，$K$7:$K$9 表示 X 分类轴为 K7-K9 单元。单击【完成】 ，窗口质数据 10.70 22.20 17.54 21.60 21.50 17.14 17.41 16.60 18.60 20.28 21.40 19.30 13.90 50.90 569.60 287.92 502.33 519.85 204.59 242.91 182.30 86.80 405.66 583.40 337.50 114.60 100.00 78.70 84.38 64.30 67.07 76.71 88.10 100.00 72.20 96.59 75.60 94.50 98.00 27.40 1.90 8.64 1.13 3.81 8.54 5.38 8.40 14.60 4.98 4.90 6.40 19.10 水层 气层 气层 气层 气层 油层 油层 水层 油层 水层 气层 水层 水层
密立根油滴实验数据处理的一种方法
２ 实验仪器
实验的主要仪器有 ： 主机 、 油滴盒 、 Ｃ Ｃ Ｄ成像
系统 、 视器 等 。 监
气 空隙 的大小 ， 气介 质对 油 滴 小 球 不能 再 认 为 空
高校理工科及 物理专业必做的实验 。但是 ， 对油 滴带 电量数据的进一步处理方法确始终存在着重 大缺 陷＿ 。现在 ， １ ］ 实验 室一 般采 用“ 向验 证法 ” 反 ，
即将 测量 和计 算 得 到 的一 组 油 滴 带 电 量 ｑ，ｚ ｑ ， …ｑ…ｑ 分 别除 以基本 电荷 的理 论值 一 １６２ ．０ × ｌ 。 把得 到 的商 四舍 五 人取 整 ， 为 油滴 所 带 ０ Ｃ， 作
些 特 定 的值 。 究这些 电压 变 化 的规 律可 以发 研 现 ， 们都 满 足下面 的方程 他
ｑ 一 ７ — ｍｇ １ ｅ
０８ ．７
这种 方法 操作 简单 ， 是必 须事 先知 道“ 但 电荷
的不 连续 性” 基 本 电荷 的公 认值 ” 而 这两 点正 及“ ，
式 中 ”一± １ ± ２ ， ｅ则是～ 个不 变 的值 。 ， … 而 对 于不 同的油滴 ， 以证 明有相 同 的规律 ， 可 而
服 了“ 向验证法 ” 反 的缺点 。
参考 文献 ：
［］ 李波欣． 立 根 油滴 实 验 数据 处 理 的新 方 法 ［ ］ １ 密 Ｊ．
渤海大学学报 ： 自然科学版 ，０ ５ ２ （） ３ ５３ ６ ２ ０ ，６４ ：５ —５．
［］ 芦明霞 ， 斌 ， ２ 李 王天 会 ， 密立 根油滴 实验 的几 种 等． 数据处理方法 的比较口］ 理工科研 ，０ ９ ５ ２ ６ ． ２０ ， ：７ ．
密立根油滴实验数据表格
第1粒油滴数据 提升电压 下降时间 上升时间 序数 Ue/V tg/s te/s qi/C ni（个） e/C×10-19 ue/e0 油滴半径a(m) 1 352 7.19 8.71 2.26E-18 13 1.61 1.30% 1.33673E-06 2 352 7.22 8.72 2.25E-18 13 1.61 0.69% 1.33395E-06 3 352 7.47 8.69 2.22E-18 13 1.58 0.81% 1.31144E-06 4 352 7.58 8.76 2.19E-18 13 1.56 2.35% 1.30189E-06 5 352 7.8 8.95 2.11E-18 13 1.62 1.43% 1.2834E-06 平均值 2.21E-18 13 1.60 0.00013% 1.31348E-06 ---------------------------------------------------------------------------------------------第2粒油滴数据 提升电压 下降时间 上升时间 序数 Ue/V tg/s te/s qi/C ni（个） e/C×10-19 ue/e0 油滴半径a(m) 1 357 3.96 4.35 6.00E-18 35 1.62 1.34% 1.80119E-06 2 357 3.87 4.35 6.80E-18 35 1.60 0.11% 1.82202E-06 3 357 3.64 4.41 6.20E-18 35 1.59 0.73% 1.8787E-06 4 357 3.81 4.37 6.10E-18 35 1.60 0.26% 1.83631E-06 5 357 3.88 4.33 6.10E-18 35 1.60 0.19% 1.81967E-06 平均值 6.90E-18 35 1.60 0.19% 1.83158E-06 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Excel在密立根油滴实验教学中的应用研究
第４期吴晓波等Ｅｘｃｅｌ在密立根油滴实验教学中的应用研究２．１实验参数（Ｐａｒａｍ）表把实验过程中不作修改的常数参数填写在Ｐａｒａｍ表中对应的白色背景格中，表格中的公式会自动计算所需的实验常数，供实验数据（Ｄａｔａ）表格计算电量使用。
２．２实验数据（Ｄａｔａ）表在实验过程中，利用实验仪器调节极板间电压（，，选取合适的油滴，测量其运动距离，所需要的时间Ｚ，记录每一组数据对应的帅７的值，填写到数据记录表格对应的单元格中，每组数据占一行。
表格中的公式会自动根据Ｐａｒａｍ表的实验常数用“静态法计算油滴带电量公式”直接计算出所测油滴所带电荷的电量。
同时，表格中公式应用标准的电子电量对数据进行校验，对误差（误差标准可以手动设置１较大的数据给出实时提示。
２．３实验数据处理（Ｒｅｓｕｌｔ）表利用Ｄａｔａ表的测量数据进行进一步的处理，得到实验所需的结论。
本文使用的数据处理方法是“平均值正整数法”，对测得的电荷做了一个排序，找出相似最多的电量值的平均值作为基准值（电子电量的脯１。
用油滴电量去除该基准值，并计算结果的正整数倍数，找到最接近整数的量子化值，并计算出电子电量。
３数据举例以一组某校临床专业学生在大学物理实验课程中测得的数据为例，使用该表格处理数据的结果。
根据使用的仪器、药品和南京地区的物理参数，将具体实验参数填写在Ｐａｒａｍ表的空白处，表格中白色背景格如图ｌ所示。
表格中的公式会自动计算所需的实验常数，供实验数据（Ｄａｔａ）表格计算电量使用。
将实验测量的１ｌ组（，、７数据记录在Ｄａｔａ表中，表格会根据Ｐａｒａｍ表的参数，自动计算出每组数据所对应的油滴电量，如图２所示。
表格增加了一个实时检验实验数据的功能，在表格上方可设定“％误差允许值”，一旦实验数据和标准电子电量的误差超过了定义的误差允许值，表格会自动给出误差太大的提示。
在图２中，第８组数据就超过了误差允许值。
图２实验数据（Ｄａｔａ）表Ｒｅｓｕｌｔ表的数据处理部分能自动复铝ｌＪＤａｔａ表的序号和电量值，利用Ｅｘｃｅｌ表格对电量进行排序，选择中间接近的三组数据的平均值作为基准值，做量子化～的计算，取得最接近整数的量子化值ｍ和对应的电子电量值。
Excel和Origin在密立根油滴实验中的应用
Excel和Origin在密立根油滴实验中的应用作者：杨欣来源：《软件导刊》2016年第07期0引言密立根油滴实验是近代物理学发展史上一个十分重要的实验。
通过对带电油滴电荷量的测量，证明了电荷的“量子性”并精确测定了基本电荷数值[1]。
该实验原理设计巧妙、仪器设备简单、结果计算准确，是一个非常具有启发性的实验。
然而，在油滴实验数据处理方面，一般会采用“倒着推”的方法，需多次测量油滴的下落时间t和平衡电压U，造成实验运算量大、计算结果易产生错误等问题，故油滴实验数据处理也是物理实验教学研究的热点之一[24]。
编程或软件设计等方法对计算机水平要求较高，不易掌握，故本文利用Excel 和Origin两个较为常用的计算机软件，对测量数据进行分析计算，并结合Origin强大的作图功能对合适油滴选择及粘滞系数η修正进行相关分析。
这两种方法简单易学，对于深入理解实验原理，培养物理兴趣，处理数据及学科结合具有重要意义。
1密立根油滴实验原理密立根油滴测电子电荷电量关键在于油滴电荷量q的测量[5]。
一般采用两种方法，动态（非平衡）法及静态（平衡）法。
本文主要针对实验室常用的静态法进行分析。
当质量为m、电荷量为q的带电油滴静止于两平行极板之间时，油滴受到的重力与电场力达到平衡，即满足：mg=qUd（1）式（1）中，U代表极板电压，d代表两极板间距离，故只要测出油滴质量m即可得到油滴电荷量q。
当对同一颗油滴不加电压时，油滴由于受到空气阻力Fr和重力mg的作用，将达到二次平衡，以速度vg匀速下落，这时根据斯托克斯定理，满足Fr=6πaηvg=mg（2）且油滴质量m=43πa3ρ，两式结合得a=9ηvg2ρg（3）其中，a代表油滴半径，ρ代表油滴密度，η为空气粘滞系数。
由于油滴尺寸很小，需对粘滞系数η修正为η'。
即η'=η1+bpa（4）整体带入最终得到利用“倒着推”方法，油滴电荷量qi除以电子电荷公认值e0并取整，确定元电荷数ni [6]（ ni为整数），即ni≈qe0（8）则实验所得的基本电荷e可以表达为这时，油滴半径a、质量m及油滴电荷量q为仅与油滴平衡电压U和下落时间t相关的量。
Excel函数在油藏研究数据处理中的应用
94井斜校直和生产数据的统计分析是油藏地质研究和动态分析中经常遇到的问题[1]。
根据多年工作经验，现总结出使用Excel函数编写公式，灵活使用单元格引用方式，结合输入输出单元格位置的合理安排和单元格日期自动填充的特性等对油藏研究中常见的数据处理过程进行升级改造，方法简便，操作快捷，供同行参考[3]。
1 井斜校直井斜校直是油藏地质研究中的一项基础工作[1]，主要利用定向井、水平井、大斜度井等轨迹测斜资料，针对需要的测量深度点进行线性插值，以获得该测量深度点的垂深、总位移、总方位等数据。
结合井口坐标、补心海拔、分层等数据，通过数学计算得到相关数据可绘制相应的构造图、砂体厚度等值线图、断面图等地质图件。
以K1定向井为例说明Excel函数应用于校直的方法。
已知该井测量深度为1145米（斜深），通过测斜资料获得54个深度点（斜深）的总位移、总方位、垂直井深等轨迹参数，要求计算得到953.2，1039.1米两个深度点的坐标和海拔。
数据处理的总体思路为：利用trend（）函数完成线性插值最便捷，根据trend（）函数的用法，必须提取待求深度点附近两个已知深度点的轨迹参数，且纵向相邻排列。
由于已知井轨迹均按照测量深度从小至大的顺序排列，因此提取两个已知点的函数使用index（）和match（）函数嵌套用法实现较方便。
在线性插值求出总位移、总方位、垂深等轨迹参数后，结合井口坐标和补心海拔数据，即可计算得到对应斜深点的坐标和海拔深度。
据此可按照下述步骤进行操作。
①复制轨迹上从第25个深度点至井底（第54个）粘贴到Excel表格sheet1工作表内，井斜轨迹数据，因为该井上部井段接近直井，故无需从第1个深度点开始复制。
②在A36至K43单元格区域设计相应的校直结果输出样式（见表1），A40至A43四个单元格中分别录入待求的两个深度，每个深度连续录入两遍。
③在B 40编写公式=I N D E X （B $4：B $33，MATCH（$A40，$B$4：$B$33，1）），向右拖动填充柄至E40；在B41编写公式=INDEX（B$4：B$33，MATCH（$A41，$B$4：$B$33，1）+1），并向右拖动填充柄至E41。
密立根油滴实验数据处理
密立根油滴实验数据处理罗泽海摘要：本文主要讨论了大学物理实验中的密立根油滴实验数据处理。
其中主要讲解了MOD-8型密立根油滴实验仪的使用及其实验实验事项、密立根油滴实验的基本原理，重点介绍密立根油滴实验平衡测量的数据处理，实验数据处理过程由的数值计算和图形绘制来实现，通过运用microsoft excel图表对数据处理，计算出电荷e的实验值幷与理论值进行比较，作出实验误差小结个人预见。
关键词：油滴实验数据处理个人预见Dense grain root oil drops experimental data processingLuozehaiAbstract: This paper discusses the physics experiment Millikan oil drop experiment data proce- ssing. Mainly explained MOD-8 type Millikan oil drop experiment and the experiment using the experimental instrument matters, Millikan oil drop experiment of the basic principles, focusing on balance Millikan oil drop experiment measurement data processing, data processing process from the numerical computation and graphics rendering to achieve, through the use of microsoft excel chart of data processing to calculate the charge e of the experimental data are compared with the theoretical value Bing, individuals predicted to experimental error summary.Key words：Oil Drop Experiment；Data Processing; Individual predicted目录目录 (III)第1章绪论 (1)第2章MOD-8型密立根油滴实验仪概述 (1)2.1仪器用途、特点及其主要参数 (1)2.2仪器简介 (2)2.3仪器立体结构介绍 (3)第3章密立根油滴实验的基本原理 (4)3.1密立根油滴实验的基本原理 (4)第4章数据记录和计算 (6)4.1油滴仪的调节 (6)4.2CCD电子显示系统的安装与调整 (6)4.3静态法测量 (7)4.4平衡测量法数据解析 (7)4.5对同一油滴平衡测量法数据记录 (8)4.6对不同油滴运用平衡测量法数据记录 (11)第5章几种常用的数据处理方法 (13)5.1验证法 (13)5.2作图法 (15)5.3对作图法的改进 (16)第6章测试结果与理论分析 (18)6.1理论误差 (18)6.2测量误差 (19)6.3总结 (19)成果声明： (20)致谢： (20)主要参考文献： (21)第1章绪论电荷有两个基本特征：一是遵循守恒定律；二是具有量子性。
Excel+在密立根油滴实验数据处理中的应用研究
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
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
Байду номын сангаас
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。
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
重力平衡（空气浮力忽略不记），油滴将匀速下降，根据斯托克
Excel和 Origin在密立根油滴实验中的应用
Excel和 Origin在密立根油滴实验中的应用杨欣【期刊名称】《软件导刊》【年(卷),期】2016(015)007【摘要】Traditional experimental way of handling data in Millikan oil-drop experiment needs amount of calculation and has difficulty in principle understanding .Based on college students'actual software operationability ,this paper presents the application on operating experimental data by using Excel and Origin methods .The powerful drawing function of Origin Software also explains the key points of the experimentalprinciple .The results show that the efficient data calculation is realized by using the simple formula editor with Excel and Origin .The calculation and plotting function of Origin can di-rectly explain the principle of Millikanoil-drop experiment and the difficulty in the experiment .It is significant to cultivate innovative consciousness and understanding of the experimental principle by using two methods .%针对密立根油滴实验在数据处理上计算量大、原理理解困难等问题，结合大学生实际软件操作能力，提出用Excel和Origin两种方法快速运算实验数据，并通过Origin强大的绘图功能分析实验原理。
计算机编程在密立根油滴实验中的应用
摘
要：用直线函数拟合了环境温度与空气粘滞系数的关系，并 利 用 Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ编 写 了 密 立 根 油
滴实验的数据处理程序，提高了计算油滴带电量的准确性。利用 Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ程序的可视化界面形式 体
现，简化了数据处理过程。利用 Ｏｒｉห้องสมุดไป่ตู้ｉｎ软件对实验数据 进 行 处 理，直 观 显 示 了 平 衡 电 压、下 落 时 间 与 油
７２
计算机编程在密立根油滴实验中的应用
３ 实验程序和数据处理
３．１ 图 形 界 面 程 序 的 编 写 将η 作 为 温 度 的 变 量 带 入 公 式 中，用 ＶＢ 语
言进行编程，可以 编 写 出 具 有 图 形 用 户 界 面 的 程 序。如图３所示：
（２）计算了 下 落 时 间 在 ０～１００ｓ，平 衡 电 压 ５０～ ６００Ｖ 对应的电 量，其 结 果 我 们 利 用 Ｏｒｉｇｉｎ 软 件 显示［６］，图上不同颜色代表了在选定“平衡电 压”， “下落时 间 ”的 条 件 下，油 滴 所 带 的 基 本 电 荷 数。 在实验中 学 生 根 据 测 得 的 “平 衡 电 压 ”，“下 落 时 间”很容易根据图 ３ 所 示 的 分 布 图 预 估 出 携 带 的 电 量 ，非 常 有 利 于 学 生 在 实 验 过 程 中 通 过 “平 衡 电 压 ”和 “下 落 时 间 ”对 油 滴 的 筛 选 ，节 约 大 量 的 计 算 时间。
进一步缩小温 度 范 围 到 室 温 附 近，可 得 到 如 图２所示的结果：
图 ２ 室 温 附 近 粘 滞 系 数 与 温 度 的 关 系
由图２可见，温 度 与 粘 滞 系 数 有 很 好 的 线 性 关系，得 到 的 相 关 系 数 为 ０．００４ ７，对 应 的 温 度 与 空气粘滞系数数值如表３所示：
利用Excel对密立根油滴实验数据进行计算与分析
利用Excel对密立根油滴实验数据进行计算与分析Calculate and Analyse Millikan Oil Drops Expriment Data by Excel徐 兵(陕西理工学院物理系,陕西汉中723003)摘 要:本文根据密立根油滴实验中实验条件和油滴带电量的计算公式,对带电油滴平衡电压进行理论计算,利用Excel给出理论数据并作出图表,为理论计算和检验分析实验数据提供参考。
关键词:密立根油滴实验;理论计算;Excel1 引言密立根油滴实验是美国实验物理学家密立根花费11年时间设计完成的,是近代物理发展进程中一个重要的实验。
密立根油滴实验证明了物体带电量的不连续性(或量子性),并精确地测定了基本电荷的数值大小,至今能在静电复印、静电除尘等方面有重要应用。
密立根也主要因该实验的成就,荣获1923年诺贝尔物理学奖。
密立根油滴实验严密的物理实验思想,巧妙的物理实验设计,对提高当今大学生的理论结合实践能力具有重大启发意义。
2 带电油滴带电量测量分析密立根油滴实验将油滴带电量的测量转换为油滴平衡电压和下落时间的测量。
如果采用静态平衡法,那么实验过程利用了两次力的平衡。
第一次,带电油滴在重力与静电力的平衡:若上极板接直流电源正极,下极板接直流电源负极,且油滴带负电荷,则此时油滴受到竖直向上的静电力作用,当静电力与重力大小相等,即mg=q Ud(1)油滴因此保持静止,此时可以测量出平衡电压U。
第二次平衡时,工作电压为零,静电力为零,此时油滴有加速下落,受到的空气阻力(由于油滴体积很小,忽略空气浮力)与油滴运动速度成正比,因此也随之增大,下落过程中,当油滴受到的重力与空气阻力f r相等,即mg=f r(2)油滴因此保持匀速下落,此时可以测量出下落时间,并结合油滴下落距离计算出油滴下落速度,再利用斯托克斯定律列方程解出油滴质量,将各个常量代入公式得到电量大小的计算公式为:q=1.43×10-14[t g(1+0.02t g]3/21U(3)设基本电荷电量为e,则油滴电量q可表示为q= ne0,n=1,2,3…,,而e0=1.60×10-19C,代入公式(3)可求出带基本电荷个数n:n=89375[t g(1+0.02)t g]3/21U(4)实验误差包括:油滴平衡电压的观测误差,油滴下落时间的测量误差,油滴布朗运动产生的误差,油滴挥发产生的误差及视觉误差等。
实用《密立根油滴实验数据处理系统》软件的设计
实用《密立根油滴实验数据处理系统》软件的设计
高玮
【期刊名称】《大学物理实验》
【年(卷),期】2001(014)001
【摘要】本文介绍了密立根油滴实验数据处理软件的设计思想.此软件用可视化语言Delphi4.0进行编程,操作更加灵活、方便,具有较好的人机交互性.
【总页数】4页(P58-61)
【作者】高玮
【作者单位】佳木斯大学理学院,佳木斯,154007
【正文语种】中文
【中图分类】O4-33
【相关文献】
1.密立根油滴实验数据处理系统设计 [J], 李卓凡
2.一个实用的冰箱流水线数据处理系统的设计与实现 [J], 钟权雄;施小英;程君实
3.用VC++语言实现密立根油滴实验数据处理系统 [J], 蔡旭红;卢劲;宋振华
4.密立根油滴实验数据分析软件的设计 [J], 周海涛;唐美玲
5.基于计算机软件工程技术的数据处理系统设计研究 [J], 李锦华
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
密立根油滴实验数据处理分析
密立根油滴实验数据处理分析
齐啟国;兰学忠
【期刊名称】《商丘师范学院学报》
【年(卷),期】1994(000)0S3
【摘要】利用油滴上升时的最小速度差，确定油滴所带电量和油滴电量的改变是基本电荷的多少倍，给出密立根油滴实验数据处理的一种新方法．
【总页数】3页(P70-72)
【作者】齐啟国;兰学忠
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】O4-33
【相关文献】
1.密立根油滴实验数据处理分析 [J], 齐启国;兰学忠
2.密立根油滴实验数据处理的多重差值法 [J], 宋元军
3.密立根油滴实验的数据处理方法研究 [J], 袁哲诚;王宽亮;陆李威;徐哲真;许飞;罗锻斌
4.关于密立根油滴实验数据处理的新探讨 [J], 郑雪丽;李巧梅;汪涛;韩忠;雷迪
5.多种方法结合处理密立根油滴实验数据 [J], 郑雪丽;李巧梅;杨骏骏;丛杨;雷迪因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
密立根油滴实验中参数自动测量的方法研究
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密立根油滴实验中参数自动测量的方法研究
作者： 作者单位： 冯玮琛 吉林大学数学学院，吉林 长春 130021
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２０１２年全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会论文集
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密立根油滴实验中参数自动测量的方法研究
冯玮琛 （吉林大学数学学院，吉林长春１３００２１） 摘要提出了一种密立根油滴实验中参数自动测量的方法．将传统油滴仪输出的视频 信号通过采集卡采集到计算机中，计算机对获取的图像采用数字图像处理后， 确定目标油滴在图像空问的坐标位置，完成目标油滴的追踪并测量出相关时空 参数．实验证明，此方法测量精度高，同时把图像处理的内容引入物理实验， 提高同学们对实验的兴趣． 关键词油滴实验；自动测量；图像处理；电荷电量
设图像，中灰度级为工，灰度ｋ为分割阈值，将图像分为二个区域．灰度值小于七的像素和灰 度大于Ｉ｜｝的像素分别属于区域彳和丑，则彳与Ｂ的概率分别为
上
只＝∑易，
扣ｌｏ
昂
＝
“∑出
办
则区域彳与Ｂ的平均灰度可通过下面公式表示
以。玄善锄， ％２玄委。识
于是得到整个图像的平均灰度为 一ｇ． ｐ２ Ｚ。ｌｐｌ２ ｐｌ弘ｌ＋ｐＢｐ３
（４）
这样，间隔△，时间采集图像，确定目标油滴的位置坐标０，ｙ，ｆ）．由于目标油滴一般是竖直位 置下降的，重点在竖直向下的方法搜索，这样提高追踪的稳定性能．图３为完成目标油滴追踪后
其运动轨迹图． ５实验数据处理
５．１
系统标定
为了准确测量油滴下落的位移参数，需要对整个系统进行标定．系统标定是测量图像相关常 数的重要前提条件，通过系统标定，确定系统中的坐标转换参数、数据转换参数以及各硬件设备 间的基本参数等，才能够准确计算出最终所求物理量．标定时对于实测的图像数值Ｄ与图像中所
密立根油滴实验的计算机仿真
密立根油滴实验的计算机仿真在物理学史上，确定电子的荷质比并进而测定电子电量，是一件极有意义的工作。
美国著名的实验物理学家密立根从1907年开始，在总结前人实验的基础上，着手电子电荷量的测量研究，后来改用微小的油滴作为带电体，进行基本电荷量的测量，证实了电荷的量子化，并于1911年宣布了实验结果。
此后，密立根又继续改进实验，精益求精，提高测量结果的精度，在前后十余年的时间里，做了几千次实验，取得了可靠的结果，最早完成了基本电荷量的测量工作。
电子的普遍存在从此得到令人信服的证明。
密立根的实验设备简单而有效，构思和方法巧妙而简洁，他采用了宏观的物理规律来研究微观世界的量子特性，所得数据非常精确，无论在实验设计还是实验技巧都极其精妙，是一个著名的极具启发性的实验，因而被誉为实验物理的典范。
本实验仿真用普通密立根油滴实验仪测定电子电量。
【实验目的】1．掌握油滴法测定电子电量的基本原理和方法，测定电子电量并验证电荷量子化特性。
2．培养严肃认真、一丝不苟的科学研究作风。
【实验原理】参见§5.15相关内容。
【实验内容】参见§5.15相关内容。
【上机操作】1.主窗口、主菜单简介在大学物理仿真实验主界面选中“油滴实验”即进入本实验主窗口，如图7.8-1所示。
当鼠标器指向参考书图标时，会弹出“实验原理”提示信息，单击该图标，即弹出“实验原理”子窗口，包括“实验简介”、“实验原理”、“实验装置”、“预习思考题”、“实验内容”及“返回”诸选项，选中某一选项，即显示相关内容。
当鼠标器指向仪器箱图标时，会弹出“开始实验”提示信息，单击该图标，即弹出“实验仪器”子窗口，可根据实验内容进行仿真实验。
当鼠标器指向记事本图标时，会弹出“数据处理”提示信息，单击之即可进行数据处理。
欲退出本实验，单击主窗口右下方的退出图标即可。
2. 仿真操作点击仪器箱图标进入“实验仪器”子窗口，如图7.8-2所示。
根据提示信息，首先单击水准泡，会弹出水准泡调节窗口，调节三个螺钉使仪器水平，调节好后，按“确认”按钮退出。
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密立根油滴实验是近代物理实验中一个著名的基础实验，是世界十大经典物理实验之一，它是由美 国物理学家密立根设计并完成的，在近代物理学史上起过十分重要的作用。
该实验通过对微小油滴所带电 荷的精确测量，证实了油滴电荷是元电荷──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]。
密立根因测出电子电荷及其他方面的贡献，获得了年度诺贝尔物理奖1923[2]。
该实验从设计出来至今已近百年，现在实验仪器经更新、改进后使得测量变得更加方便，采集到的数据也更为准确，但实验中的一个重要环节──数据处理，始终未得到妥善解决[3]。
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[4]。
目前高校教学主要采用倒过来验证法[5]处理数据，但是这种方法是先假定电子的基本电量，再在此基础上计算并验证基本电量，这种颠倒了因果关系的验证性处理方法大大降低了物理实验的科学性。
此外，处理实验数据还有作图法及差值法[6-9]，但是这两种方法比较复杂，不容易操作。
当计算机产生后，很多高校教师采用计算机处理实验数据的方法，大大提高了实验数据处理的准确性。
但往往需要使用专门的计算机语言进行编程，对非计算机专业的学生来说有一定的困难。
笔者利用最常用的微软软件中的表格对密立根油滴实验的数据进行处理，操作Office Excel 简便易行，效果良好。
基本算法1密立根油滴实验中，静态法计算油滴带电量的公式为：32/[(1)]1/q A T BT U =+×， 3218/[2()]A d g l πρη=12(/)(2/9)B b P g l ρη=×其中：，。
实验中各参数选取如下：中华牌钟油的密度701ρ=981 kg/m 3，南京地区的重力加速度g =9.79 m/s 2，空气的粘滞系数η×=1.8310-5 kg·m -1·s -1，大气压强P ×=1.013105，修正系数 Pa b ×=8.2610-3，极板间距离m·Pa d ×=6.0010-3，油滴下落的距离 m l ×=1.5010-3。
这部分参数在实验中是不可修改的，在最后数据处理中m 作为常数处理。
计算油滴电量还需要两个参数：电压U 和油滴运动时间T ，这两个参数将在实验中计算测得。
表格设计和使用方法2表格用不同底色提示单元格内容。
黄色：参数名、单位、记录数等常量，无需修改；蓝色：计Excel 算公式，无需更改；白色：可以手动填写更改的参数或实验测得的数据。
表格共分页。
3在密立根油滴实验教学中的应用研究Excel 吴晓波1，胡秋波2，李珊 1（南京医科大学基础医学院，江苏南京；洛阳理工学院数理部，河南洛阳）1. 2100292.471023摘要： 简述了目前密立根油滴实验数据处理的常用方法和存在的不足。
将最常用的微软软件中的表格Office Excel 应用到密立根油滴实验数据的处理之中，操作简单易行，简化了数据处理的方法，方便了课堂教学，使其更加符合高校物理实验教学的实际，收到了良好的效果。
关键词：实验教学；密立根油滴；数据处理DOI:10.3969/j.issn.1674-5043.2009.04.022中图分类号: G642.423 文献标志码 : B 文章编号 : 1674-5043(2009)04-0082-03 实验参数表2.1(Param)把实验过程中不作修改的常数参数填写在表中对应的白色背景格中，表格中的公式会自动计算Param 所需的实验常数，供实验数据表格计算电量使用。
(Data) 实验数据表2.2(Data)在实验过程中，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，填写到数据记录表格对应的单元格中，每组数据占一行。
表格中的公式会自动根据表的实验常数用“静态法计算油滴带电量公式”直接计算出所测油滴Param 所带电荷的电量。
同时，表格中公式应用标准的电子电量对数据进行校验，对误差误差标准可以手动设(置较大的数据给出实时提示。
) 实验数据处理表2.3(Result)利用表的测量数据进行进一步的处理，得到实验所需的结论。
本文使用的数据处理方法是“平Data 均值正整数法”，对测得的电荷做了一个排序，找出相似最多的电量值的平均值作为基准值电子电量的(N 倍。
用油滴电量去除该基准值，并计算结果的正整数倍数，找到最接近整数的量子化值，并计算出电)子电量。
数据举例3以一组某校临床专业学生在大学物理实验课程中测得的数据为例，使用该表格处理数据的结果。
根据使用的仪器、药品和南京地区的物理参数，将具体实验参数填写在表的空白处，表格中白Param 色背景格如图所示。
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1(Data)。
将实验测量的组11U 、T 数据记录在表中，表格会根据表的参数，自动计算出每组数据所Data Param 对应的油滴电量，如图所示。
表格增加了一个实时检验实验数据的功能，在表格上方可设定“误差允2%许值”，一旦实验数据和标准电子电量的误差超过了定义的误差允许值，表格会自动给出误差太大的提 示。
在图中，第组数据就超过了误差允许值。
28图实验参数（）表 1 Param 图实验数据表2 (Data) 表的数据处理部分能自动复制表的序号和电量值，利用表格对电量进行排序，选择Result Data Excel 中间接近的三组数据的平均值作为基准值，做量子化N 的计算，取得最接近整数的量子化值N i 和对应的电子电量值。
计算电子电量的平均值时，给出全部实验数据的平均值和平均误差，同时手动屏蔽掉在Data 表中提示的误差较大的数据，得到更为精确的电子电量和平均误差。
如图所示。
从图可以看出：去除33误差较大的数据在图中已经根据标准电荷值和预先定义的误差范围标注出来的第组数据后，利用“平(28)均值正整数法”计算得到的电子电量与标准值的误差仅为。
0.52%图实验数据处理表3 (Result) 教学效果412使用表格处理数据在实际教学中表现出许多优点：）避免学生手动计算的错误和误差；）可以立刻反34素材。
映测得数据是否误差太大；）绝大多数的学生可以轻松掌握该表格；）为电化教学也提供良好的笔者使用的计算方法是“平均值正整数法”，其它算法如差值法、最小正整数法都可以用类似的简单公式替换表三的内容完成，本文不再赘述。
结语5Office Excel 利用计算机处理实验数据，效率高，是未来实验数据处理方法的发展方向。
微软软件中的表格在大学物理实验教学中的应用，不需要掌握复杂的计算机语言，也不要求掌握特殊的软件操作技能，具有一定公式使用基础的学生都可以自行填写、修改并改善表格。
该方法操作简单，简化了数据处理的方法，方便了课堂教学，收到了良好的效果。
参考文献:罗春梅密立根油滴实验数据的计算机处理物理与工程[1] .[J].,2008,18(6):28-29李娟李蜀晋胡再国密立根油滴实验数据分析物理实验[2] ,,.[J].,2008,28(4):28-30丁红星戴丽莉密立根油滴实验数据处理方法的分析与改进大学物理[3],.[J].,2005,24(7):40-43.王广涛陈健魏建宇等密立根油滴实验数据的处理方法物理实验[4] ,,.[J].,2004,24(12):22-24.赵青生吕卫星赵学民大学物理实验合肥中国科学技术大学出版社[5] ,,.[M].:,1993.刘才明密立根油滴实验数据处理方法分析浙江大学学报[6] .[J].,1996,30(6):736-741姬婉华大学物理实验西安西北工业大学出版社[7] .[M].:,1992.陈远容油滴实验中数据处理的一种新方法物理实验[8] .[J].,1993,2:55.齐启国密立根油滴实验数据处理分折黄淮学刊[9] .[J].,1994,10(3):70-72.Research of Excel Application in Millikan Oil-drop Experiment TeachingWU Xiao-bo1, HU Qiu-bo2, LI Shan1(1.Nanjing Medical University, Nanjing 210029, China;2.Luoyang Institute of Science and Technology, Luoyang 471023, China)Abstract: This article gives a brief introduction of the popular method for data processing in the present Millikan oil-drop experiment and its disadvantages. The new approach applies Microsoft Excel to the data processing of the Millikan oil-drop experiment, which is simpler and more feasible for data processing. It offers conveniences for class teaching and makes itbetter fit into the practice of physical experiment teaching in universities.Key words: experiment teaching; millikan oil-drop experiment; data processing。