基于VB的旋转液体实验数据分析与处理

摘 要：旋转液体实验是当前高校物理实验中常见的一个实验，通过该实验可以测量诸多的物理量。在实验教学中，我们往往采用最小二乘法处理数据。但面对诸多非整数的数据，采用手工计算方式繁琐且容易出错。该文利用VB語言设计并实现了旋转液体实验重力加速度g的数据处理程序，免去了手工计算的繁琐，提高了计算结果的准确性，同时能够以图形方式直观展示相关数据及其拟合曲线的关系。通过实践，该程序极大地提高了实验教学的效率和质量，对实验教学起到了很好的促进作用。

关键词：旋转液体 VB 数据分析

中图分类号：TE928 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）09（c）-0091-03

旋转液体实验[1-2]是当前高校物理实验中常见的一个实验。日常生活中，我们知道当一杯水旋转时，水会沿着杯壁上升。当水杯以不同速度旋转时，水杯内的液体呈现不同的抛物面形状。当旋转速度稳定时，抛物面形状也相对稳定。对旋转液体形成的抛物面既可作为力学系统进行研究，也可作为光学系统进行分析。我们常用来测量重力加速度g及光学透镜焦距f。在测量及计算的过程中，会涉及到比较多的非整数实验数据，计算过程又比较繁琐，采用传统的手工或计算器计算费时费力，还十分容易出错。如果借助于计算机程序进行处理，不仅能极大简化计算过程，保证计算结果的准确性，还可以对实验数据做一些扩展处理，丰富实验内容，从而有助于学生对实验有更深入的认识。基于上述目的，该文运用VB语言设计[3]并实现了利用旋转液体实验测量重力加速度值的功能。

1 利用旋转液体实验测量重力加速度的原理

一个盛有液体的圆柱形容器绕其中心对称轴匀速转动，最终将形成一稳定的抛物面。转速不同，抛物面的形状也不同，如图1所示。

考虑位于液面上的任一质元，当处于平衡状态时，且，此时该点P（x，y）的切向与水平面的夹角满足：

由方程（1）和方程（2），得y时，x=x0=。即在处，不论液体转速ω为何值，y=（x0），x0。

实验时，让激光束平行转轴经过透明屏幕，打在的液面A点上，反射光点为C，A处切线方向的夹角为θ，测出透明屏幕至圆桶底部的距离H、液面静止高度，以及两光点间的距离d，则，从而可求出θ值。

因为，在处，。可作曲线，求出斜率，从而计算出。实验教学过程中，我们常使用最小二乘法求斜率。

2 数据处理系统实现

2.1 系统应实现的功能

（1）简化实验数据的计算过程，能快速、准确地计算出实验结果。

（2）利用计算机强大的数据及图形处理能力，对实验结果做一些简单的分析及图形化处理，有助于学生加深对实验的理解。

（3）实验测量数据及计算数据能按指定格式保存以作进一步数据分析。

（4）应具有良好的人机交互界面，方便使用者输入实验数据。

2.2 系统功能的实现

以系统功能为依据，结合实验实际，该文设计了图2所示的系统界面。

整个程序界面划分为四个区：

（1）实验数据测量区：主要用来输入实验过程中需要测量出的数据，其中又分静态数据和动态数据。实验过程中，为减小测量误差对实验结果的影响，往往会对同一个数据进行多次测量。“校验”按钮用来检测实验数据的误差，当某个数据的测量值相互之间相差超过设定值时，系统会自动进行提示及标注。“计算”按钮用来对测量数据进行计算，计算产生的数据会显示在“实验数据处理区”，最终计算结果会显示在“计算结果”区，同时也会在图形显示区进行标注。“清空”按钮用来对实验数据重置。

（2）实验数据处理区：用来显示对实验测量数据进行计算时产生的一些中间数据。

（3）图形显示区：用图形显示使用最小二乘法做出的拟合曲线，使实验者对实验数据有更直观的认识。该实验中，X轴表示，Y轴表示。

（4）计算结果区：用来显示实验数据处理的最终结果，同时允许实验者导出计算结果，以便于做进一步的数据分析。

2.3 系统功能验证

该文以上海某高校的实验数据（表1）为例，进行数据验证。

图3为实验数据中间量的计算结果，图4为，图5为经最小二乘法处理的拟合曲线。通过与传统计算器计算方式的比较，本程序在时间、人力消耗、计算结果的准确性与稳定性上具有相当大的优势。

3 结语

该文使用VB语言编写并实现了利用旋转液体特性求重力加速度实验的数据处理程序，采用图形处理界面，简单易用，极大地方便了教师和学生处理实验数据，大大提高了实验效率与质量，方便控制教学进度，对物理教学起到了很好的促进作用。同时，也使学生从繁琐的数据计算中解脱，有更多的精力、时间、兴趣对实验本身做进一步思考，对实验数据做进一步分析。

参考文献

[1] 王红岩，张国瑱，林树.大学物理实验[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2] 袁野，晏湖根，陆申龙，等.旋转液体实验装置的设计[J].物理实验，2004，24（2）：43-46.

[3] 张丽娜.基于VB的密立根油滴实验数据分析与处理[J].科技创新导报，2015（13）：23-24.