密立根油滴實驗裝置的製作方法
2023-10-21 11:11:47 1
專利名稱：密立根油滴實驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種大學物理實驗裝置，主要涉及一種密立根油滴實驗數據採集、傳送和實時處理系統，屬於大學物理實驗儀器領域。
背景技術：
密立根油滴實驗是美國物理學家密立根從1909到1917年所作的測量微小油滴上所帶電荷的工作。在此實驗中，密立根精確測定了電子的電荷數值，直接驗證了電荷的不連續性，其結論在物理學發展史上具有重要的意義。密立根先生於1923年獲得諾貝爾物理學獎。由於電子電量(即基元電荷電量)屬於微小物理量的觀測，此實驗有相當的難度的。它對實驗者的科學態度、嚴格的操作規程和數據處理方法都是一個考驗，也正是因為這個原因，密立根油滴實驗成為近代物理的重要實驗項目之一，是實驗物理的典範，是啟發性實驗的代表作。大學物理實驗教學中，密立根油滴實驗多採用靜態法，其原理如下用噴霧器將油滴噴入兩塊相距為d的水平放置的平行極板之間。油滴在噴射時由於摩擦，一般都是帶電的。設油滴的質量為m，所帶的電量為q，兩極板間的電壓為U，則油滴在平行極板間將同時受到兩個力的作用一個是重力mg，一個是靜電力qE。調節兩極板間的電壓U,可使該兩力達到平衡，這時有mg = qE = q—(1)
d由上式可見，為了測量油滴所帶的電量q，除了測量U和d外，還需要測量油滴的質量m。由於m很小，需用如下特殊方法測定平行極板不加電壓時，油滴受重力作用而加速下降。由於空氣阻力的作用，油滴下降一段距離達到某一速度ν後，阻力與重力mg平衡(油滴的體積很小，空氣浮力忽略不計)，油滴將勻速下降。根據斯託克斯定律，油滴勻速下降時fr = 63ianv = mg(2)式中η是空氣的粘滯係數，a是油滴的半徑。由於表面張力的原因，油滴總是呈小球狀。設油滴的密度為P，油滴的質量m可以
一 4 3 用下式表不-.m = -na ρ。則油滴的半徑O = ^^。對於半徑小於10_6米的小球，其半徑接近於空氣中分子
間距的大小，這時空氣這種介質不能再被認為是連續介質，因而空氣的粘滯係數應作如下修正
3
這時斯託克斯定律應改為
式中b為修正常數，b = 6. 17 X 10-6m · cm(Hg)，ρ為大氣壓強，單位用釐米汞柱，即 cm(Hg)表示。得
權利要求
1.提供了一種密立根油滴實驗數據的採集、傳送和實時處理裝置，包括油滴儀、CRT 顯示器、噴霧器、嵌有單片機的電路板、藍牙發射模塊、與單片機相連用於實驗數據顯示的顯示器、用於實驗數據收集和實時處理的配置藍牙接收模塊的計算機和數據處理程序，其特徵在於使用該電路板上的單片機進行計時，將平衡電壓撥為0V，油滴開始下落一格，受重力和空氣粘滯阻力共同作用，變為勻速直線運動。油滴到達在1格時，學生按油滴儀面板上的「計時」按鍵，單片機計時開始，當油滴運動到6格時的瞬間，學生再次按下「計時」按鍵，單片機計時結束，並將時間數據實時傳送並顯示在與其相連接的顯示器上，待學生全部測量所需數據後，按下嵌有單片機的電路板上的「發送」按鈕，包含上述數據和學生編號和姓名的數據包經藍牙發射模塊發送到所述計算機上，再由計算機對數據進行存儲和後續處理。
2.根據權利要求1所述的裝置，所述用於實驗數據顯示的顯示器為液晶顯示器。
3.根據權利要求1所述的裝置，所述嵌有單片機的電路板上還設置有的「刪除」鍵，用於在實驗過程中刪除操作錯誤的實驗數據。
全文摘要
提供了一種密立根油滴實驗數據的採集、傳送和實時處理裝置，其特徵在於使用該電路板上的單片機進行計時，將平衡電壓撥為0V，油滴開始下落一格，受重力和空氣粘滯阻力共同作用，變為勻速直線運動。油滴到達在1格時，學生按油滴儀面板上的「計時」按鍵，單片機計時開始，當油滴運動到6格時的瞬間，學生再次按下「計時」按鍵，單片機計時結束，並將時間數據實時傳送並顯示在與其相連接的顯示器上，待學生全部測量所需數據後，按下嵌有單片機的電路板上的「發送」按鈕，包含上述數據和學生編號和姓名的數據包經藍牙發射模塊發送到所述計算機上，再由計算機對數據進行存儲和後續處理。
文檔編號G09B23/18GK102509497SQ20111028985
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月26日 優先權日2011年9月26日
發明者任芝, 張曉宏, 李松濤, 閆佔元 申請人:華北電力大學(保定)