一种密立根油滴实验数据的处理方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种密立根油滴实验数据的处理方法和装置。该处理方法包括：计算多个油滴的电荷量；将所述多个油滴的电荷量投射到直角坐标系中得到多个点，所述直角坐标系的横轴表示所述油滴的带电荷数，所述直角坐标系的纵轴表示所述电荷量；拟合所述多个点生成过直角坐标系的原点的直线；获得最小电荷的实验值，所述实验值为所述直线的斜率。通过计算多个油滴的电荷量，将多个油滴的电荷量投射到直角坐标系中，将投射得到点拟合生成直线，直线的斜率即为电子电荷的实验值，数据的计算过程为计算设备自动实时处理，拟合求斜率的计算方式更精确。
【专利说明】一种密立根油滴实验数据的处理方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及物理实验设备领域，尤其涉及一种密立根油滴实验数据的处理方法和 装置。
【背景技术】
[0002]密立根油滴实验是美国物理学家密立根所做的测量电子电荷实验。1907-1913年 期间，密立根用在电场和重力场中运动的带电油滴进行实验，发现所有油滴所带电量均是 一最小电荷的整数倍，该最小电荷即是电子电荷。通常测量密立根油滴的方法为静态法，即 选好一颗适当的油滴，加平衡电压，使之基本不动。加升降电压，让油滴缓慢移动到视场上 方某一刻度线上，记下平衡电压。去掉平衡电压，油滴开始加速下降，当达到匀速时开始计 时，记下匀速状态下下降的距离和时间。对每一颗油滴测量5?8次，并选择至少1〇颗不 同油滴进行测量。
[0003]由于电子电荷电量属于微小物理量的测量，此实验有相当的难度，传统密立根油 滴测量方法利用手动调节控制油滴运动，通过CCD和监视器观察并读取油滴数据，然后手 动计算电子电荷，也就是最小电荷的实验值,这种测量方法缺陷是人为误差较大，测量不够 准确，并且数据不能实时计算。
【发明内容】
[0004] 本发明提出了一种密立根油滴实验数据的处理方法和装置，其通过计算多个油滴 的电荷量，将多个油滴的电荷量投射到直角坐标系中，将投射得到点拟合生成直线，直线的 斜率即为电子电荷的实验值，数据的计算过程为计算设备自动实时处理，拟合求斜率的计 算方式更精确。
[0005] 为实现上述设计，本发明采用以下技术方案：
[0006] 一方面采用一种密立根油滴实验数据的处理方法，包括：
[0007] 计算多个油滴的电荷量；
[0008] 将所述多个油滴的电荷量投射到直角坐标系中得到多个点，所述直角坐标系的横 轴表示所述油滴的带电荷数，所述直角坐标系的纵轴表示所述电荷量；
[0009] 拟合所述多个点生成过直角坐标系的原点的直线；
[0010] 获得最小电荷的实验值，所述实验值为所述直线的斜率。
[0011] 其中，所述计算多个油滴的电荷量之前，还包括：
[0012] 采集多个油滴的视频数据；
[0013] 所述计算多个油滴的电荷量，包括：
[0014] 在刻度界面上显示视频数据，以从所述视频数据中选取多个油滴；
[0015] 根据所述视频数据获取所述油滴的运动距离和运动时间，将所述运动距离和运动 时间代入计算公式算得电荷量，所述计算公式为：
[0016] 或
【权利要求】
1. 一种密立根油滴实验数据的处理方法，其特征在于，包括： 计算多个油滴的电荷量； 将所述多个油滴的电荷量投射到直角坐标系中得到多个点，所述直角坐标系的横轴表 示所述油滴的带电荷数，所述直角坐标系的纵轴表示所述电荷量； 拟合所述多个点生成过直角坐标系的原点的直线； 获得最小电荷的实验值，所述实验值为所述直线的斜率。
2. 根据权利要求1所述的一种密立根油滴实验数据的处理方法，其特征在于，所述计 算多个油滴的电荷量之前，还包括： 采集多个油滴的视频数据； 所述计算多个油滴的电荷量，包括： 在刻度界面上显示视频数据，以从所述视频数据中选取多个油滴； 根据所述视频数据获取所述油滴的运动距离和运动时间，将所述运动距离和运动时间 代入计算公式算得电荷量，所述计算公式为： 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表示空气粘滞系数；1表示油滴匀速运 动的运动距离；b表示修正常数；a表示油滴半径；ρ表示大气压强；d表示平行极板间距离； tu表示油滴匀速上升1的运动时间；td表示油滴匀速下降1的运动时间；U表示油滴平衡电 压。
3. 根据权利要求2所述的一种密立根油滴实验数据的处理方法，其特征在于，所述采 集多个油滴的视频数据，具体为： 摄像机的镜头正对CCD显微镜的目镜采集油滴运动图像，视频采集卡将所述油滴运动 图像转换为视频数据。
4. 根据权利要求2所述的一种密立根油滴实验数据的处理方法，其特征在于，所述在 刻度界面上显示视频数据，以从所述视频数据中选取多个油滴，具体为： 在刻度界面上显示视频数据，调整视频数据的图像亮度和对比度，从调整后的视频数 据中选取多个油滴。
5. 根据权利要求2所述的一种密立根油滴实验数据的处理方法，其特征在于，所述采 集多个油滴的视频数据时，还包括： 调整油滴平衡电压。
6. -种密立根油滴实验数据的处理装置，其特征在于，包括： 电荷量计算单元，用于计算多个油滴的电荷量； 坐标投射单元，用于将所述多个油滴的电荷量投射到直角坐标系中得到多个点，所述 直角坐标系的横轴表示所述油滴的带电荷数，所述直角坐标系的纵轴表示所述电荷量； 直线拟合单元，用于拟合所述多个点生成过直角坐标系的原点的直线； 斜率计算单元，用于获得最小电荷的实验值，所述实验值为所述直线的斜率。
7. 根据权利要求6所述的一种密立根油滴实验数据的处理装置，其特征在于，还包括： 视频采集单元，用于采集多个油滴的视频数据； 所述电荷量计算单元，包括： 视频数据显示模块，用于在刻度界面上显示视频数据，以从所述视频数据中选取多个 油滴； 油滴参数计算模块，用于根据所述视频数据获取所述油滴的运动距离和运动时间，将 所述运动距离和运动时间代入计算公式算得电荷量，所述计算公式为： 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表示空气粘滞系数；1表示油滴匀速运 动的运动距离；b表示修正常数；a表示油滴半径；ρ表示大气压强；d表示平行极板间距离； tu表示油滴匀速上升1的运动时间；td表示油滴匀速下降1的运动时间；U表示油滴平衡电 压。
8. 根据权利要求7所述的一种密立根油滴实验数据的处理装置，其特征在于，所述视 频采集单元，具体用于： 摄像机的镜头正对CCD显微镜的目镜采集油滴运动图像，视频采集卡将所述油滴运动 图像转换为视频数据。
9. 根据权利要求7所述的一种密立根油滴实验数据的处理装置，其特征在于，所述视 频数据显示模块，具体用于： 在刻度界面上显示视频数据，调整视频数据的图像亮度和对比度，从调整后的视频数 据中选取多个油滴。
10. 根据权利要求7所述的一种密立根油滴实验数据的处理装置，其特征在于，还包 括：电压调整单元，用于在所述采集采集单元采集多个油滴的视频数据时，调整油滴平衡电 压。
【文档编号】G09B23/18GK104298819SQ201410508679
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】熊建平, 马鲁娟 申请人:深圳职业技术学院