密立根油滴实验中的布朗运动

在进行密立根油滴实验时,如果选择的油滴过小,油滴会有明显的布朗运动,造成测得的下落时间与理想下落时间存在偏差.本文对密立根油滴实验中油滴的下落问题进行了实验观察和理论研究,并基于朗之万理论,求解了描述油滴运动的随机微分方程.通过引入单次下落时间偏差和多次下落时间偏差分别考察了油滴布朗运动的剧烈程度以及布朗运动对油滴下落时间的影响.结果表明,实验中由于实验次数有限,当油滴比较小时油滴的布朗运动对于实验的影响仍然需要考虑.     

密立根油滴实验中油滴选取的研究

理论分析模拟了油滴下落时间与油滴半径的关系、油滴带电量子数与下落时间和平衡电压的变化关系,理论证实了平衡电压在150～400 V,下落时间在10～30 s附近的油滴为最佳油滴,探索提炼出油滴选取的方法和技巧,为学生理解和完成密立根油滴实验提供帮助。     

密立根实验所用油滴粘滞系数对电子电量测量精确度影响规律的研究

本实验选取三种不同粘滞系数的油滴对密立根实验中影响电子电量测量精确度的物理因素、规律及其机制进行了研究.发现测量相对误差及其分布范围随油滴粘滞系数的增加而减少,随油滴下落时间的增加而增加.前者归因于油滴粘滞系数大,造成油滴体积、表面积、摩擦力增大,从而带电量大;后者归因于布朗运动对油滴下落时间测量产生的误差.     

活性布朗粒子运动的稳态解

拟可积Hamilton系统随机平均法可以用来研究活性布朗粒子运动.介绍了该随机平均法，利用它详细求解了布朗粒子运动的动力学方程，该方程描述了活性布朗粒子在平面上的运动，粒子受到的激励是Gaussian白噪声，受到的阻尼是Schienbein-Gruler速度依赖的磨擦模型.通过与数字模拟和与实验数据的比较，证明所得稳态解正确.对于Rayleigh和Erdamnn速度依赖的磨擦模型，也给出了稳态解. 关键词： 活性布朗粒子 拟可积Hamilton系统随机平均法 可积性 稳态解     

密立根油滴实验中的一个小问题

分析了密立根油滴实验中油滴从静止到匀速直线运动的过程,讨论了油滴从静止开始下落到匀速直线运动状态所经历的时间,并在实验课的教学中给出加速驰豫过程时间量的概念.     

密里根油滴实验中两种方法分析平衡电压和下落时间选取

密里根油滴实验采用静态法测量中,分析了油滴的运动过程。由油滴的运动方程,选取半径在的油滴,计算了测量中所需的时间区间;并结合平衡电压和下落时间曲线分析了合适油滴的时间选取和电压选取。     

密立根油滴实验中一个不能忽视的小问题

本文分析了油滴从静止到匀速的过程,讨论了密立根油滴实验中油滴从静止开始下落到匀速直线运动状态所用的时间.在实验课的教学中给了学生关于加速弛豫过程时间量的概念,排除了测量过程中困扰学生的一个重要因素.     

密里根油滴:手机录像、系统校正与平衡电压

比较了平衡电压的静态法与动态法,证明动态法才是合理的测量方法。使用通用大学物理密立根油滴实验装置,通过手机录像、逐帧读取的方法减小了时间误差,采用螺旋测微器测量了极板间距,利用测微尺校准了下落距离,结合室内温湿度测量和腔室升温测量对空气黏度系数相关的电量误差进行了温湿度校正,并采用改进的动态法测量了平衡电压。分析表明上述手段的综合运用才保证了测量的准确性。油滴参数的选择范围得以拓展:平衡电压降至40 V,下落时间降至7 s。     

密立根油滴实验中油滴带电荷数的辅助分析

本根据密立根油滴实验中计算油滴带电量的公式，利用Matlab编程，分析油滴带电量与油滴下落时间和平衡电压的关系，得到多重曲线，根据曲线可以简洁直观的判断油滴的带电荷数，为选择合适的油滴提供了理论上的判断依据。     

关于密立根油滴实验中的几个问题探究

通过建立密立根油滴实验中油滴下落的动力学数学模型，解释了油滴从开始下落便可视作为匀速的“合理性”。同时从微观分子碰撞角度解释了空气黏滞系数修正因子“b”的物理意义。最后使用直接代入公式法、修正R公式法和迭代运算法三种实验数据处理方法计算元电荷值，并得出迭代运算的方法得出的数据更稳定且误差小的结论。     

密立根油滴实验再认识

密立根油滴实验用于证明电荷量子化是合适的,但要将电荷量测量准确就不容易了,需要克服诸多实验上的困难,很多人借助"后期算法"进行修饰.油滴的布朗运动是一个重要因素,它对油滴平衡电压和下落时间都有影响,若合理应对,还是能改善测量的准确性,再结合电量-编号作图法,可以简洁地证明电荷量子化,并求得元电荷较为准确的值.本文还分析...     

计算机编程在密立根油滴实验中的应用简

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VisualBasic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VisualBasic程序的可视化界面形式体现,简化了数据处理过程。利用Origin软件对实验数据进行处理,直观显示了平衡电压、下落时间与油滴所带电荷数的关系。     

计算机编程在密立根油滴实验中的应用

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Origin软件对实验数据进行处理,直观显示了平衡电压、下落时间与油滴所带电荷数的关系。     

非保守力作用下二维耦合布朗粒子的定向输运

本文主要研究二维耦合布朗粒子在非保守外力作用下的定向输运问题.研究发现,非保守外力有促进二维耦合棘轮定向输运的效果.同时,在保守力(弹簧弹力)和非保守外力的相互协作与竞争中耦合布朗粒子的反向输运能够获得增强.特别地,随着弹簧原长或弹性系数的改变,二维耦合布朗粒子的定向运动都能够产生反向,这意味着耦合作用能够诱导二维布朗棘轮流反转的产生.实验上,通过选取不同种类的外力(保守力及非保守力),能够对二维耦合布朗粒子的分离技术提供新的方案.     

过阻尼布朗棘轮的斯托克斯效率研究

根据随机能量理论解析得到阻尼环境中布朗粒子的概率流和斯托克斯效率,并进一步研究布朗粒子的输运性能.详细讨论了空间的不对称性、外偏置力及外势结构等对棘轮定向输运的影响.研究发现,合适的外偏置力能使棘轮的定向输运达到最强.通过调节外势的不对称性可使棘轮中粒子的运动反向,当选择合适的空间不对称性时布朗粒子的反向输运可获得最强.此外,一定条件下合适的外势高度也能增强棘轮输运,且能使粒子克服黏滞阻力的斯托克斯效率达到最大.所得结论能够启发实验上设计合适的外势及外偏置来优化布朗棘轮的定向输运性能,并为生物纳米器件的研制提供一定的理论参考.     

快链条现象的研究

研究了2017年IYPT和CUPT赛题中快链条问题.通过建立简化的物理模型,结合动力学过程从理论上解释了快链条现象出现的原因及相关影响参量对下落速度的影响.仿真计算结果表明:快链条中每根杆和水平方向的夹角越大,下落的时间越短;初始释放高度越高,张力做功导致的速度增量越大,快链条较自由落体下落更快;链长越长,下落速度较自由落体越大.制作了具有不同链长、不同夹角的快链条,实验分别研究了水平方向的夹角、初始释放高度和链长对快链条下落速度的影响,实验结果和理论分析基本一致.     

密立根油滴实验人为操作引起的误差探析

针对密立根油滴实验由于人为操作引起的误差进行了探究与分析,重点分析了下落时间t、平衡电压U、下降距离L三种操作引起的误差.结合相应的图示,对不同误差组进行了分析,最后给出了与理论分析一致的结论.     

基于连续时间无规行走模型研究反常扩散

基于连续时间无规行走(CTRW)理论，数值研究了布朗粒子的欠扩散、正常扩散和超扩散三种扩散行为.解决了CTRW模型的跳跃步长和等待时间分布函数的可实现化问题，对Metropolis抽样方法进行了改进以适用于周期势.探讨了布朗马达依靠闪烁棘轮和摇摆棘轮整流反常扩散所获得的定向速度，结果显示，闪烁布朗马达定向流极大值出现在超扩散条件下；摇摆布朗马达定向流最大值出现在弹道扩散条件下.     

基于连续时间无规行走模型研究反常扩散

基于连续时间无规行走(CTRW)理论,数值研究了布朗粒子的欠扩散、正常扩散和超扩散三种扩散行为.解决了CTRW模型的跳跃步长和等待时间分布函数的可实现化问题,对Metropolis抽样方法进行了改进以适用于周期势.探讨了布朗马达依靠闪烁棘轮和摇摆棘轮整流反常扩散所获得的定向速度,结果显示,闪烁布朗马达定向流极大值出现在超扩散条件下;摇摆布朗马达定向流最大值出现在弹道扩散条件下. 关键词： 无规行走 反常扩散 Metropolis抽样 棘轮势     

粗糙势中耦合布朗粒子的定向输运性能

研究了粗糙棘轮中耦合粒子的定向输运行为,并进一步讨论了阻尼条件下粗糙棘轮的扰动振幅、扰动波数、粒子间的耦合强度及自由长度等因素对耦合布朗粒子质心平均速度及斯托克斯效率的影响.研究发现,合适的粗糙棘轮扰动振幅和扰动波数能促进耦合布朗粒子的定向输运,同时还能增强其斯托克斯效率.此外,合适的耦合强度和自由长度还能使粗糙棘轮的输运性能达到最强.还发现小扰动振幅条件下,通过改变耦合强度和自由长度能够诱导粗糙棘轮的流反转.通过研究更具实际意义的粗糙棘轮,本文所得结论能为实验上理解分子马达的运动行为提供理论指导,还可为纳米量级分子机器的设计及粒子分离技术的实现提供实验启发.