密根油滴實(shí)驗(yàn)

1、密立根油滴實(shí)驗(yàn)密立根油滴實(shí)驗(yàn) 著名的美國(guó)物理學(xué)家密立根（robbert a.milliken）在1909年到1917年期間，苦心鉆研，以卓越的研究方法和精湛的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，用油滴實(shí)驗(yàn)證明了 (1)電荷是量子化的，具有不連續(xù)性； (2)測(cè)量了電子電荷，其值為：e = 1.6010-19 c。從而榮獲了1923年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?！灸康囊蟆俊灸康囊蟆?1、了解密立根油滴儀的結(jié)構(gòu)，油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)定電子電荷的設(shè)計(jì) 思想和方法。2、了解ccd圖像傳感器的原理和電視顯微測(cè)量方法。3、平衡法測(cè)量電子電量的大小。4、驗(yàn)證電荷的量子性。 一個(gè)質(zhì)量為m，帶電量為q的油滴處在二塊平行極板之間，在平行極板未加電壓時(shí)，油滴

2、受重力作用加速下降，由于空氣阻力的作用，下降一段距離后，油滴將作勻速運(yùn)動(dòng)，速度為vg，這時(shí)重力與阻力平衡（空氣浮力忽略不計(jì)），如圖（301）所示。根據(jù)斯托克斯定律，粘滯阻力為 , 式中是空氣的粘滯系數(shù)，a是油滴的半徑 grvaf6mgvag6mgqevae6dve/gegvvvvdmgq334am 2129gvagmgvag6pab1當(dāng)在平行極板上加電壓當(dāng)在平行極板上加電壓v時(shí)，油滴處在場(chǎng)強(qiáng)為時(shí)，油滴處在場(chǎng)強(qiáng)為e的靜電場(chǎng)中，設(shè)電場(chǎng)力的靜電場(chǎng)中，設(shè)電場(chǎng)力qe與重與重力相反，如圖（力相反，如圖（302）所示，使油滴受電場(chǎng)力加速上升，由于空氣阻力作用，）所示，使油滴受電場(chǎng)力加速上升，由于空氣阻力作用

3、，上升一段距離后，油滴所受的空氣阻力、重力與電場(chǎng)力達(dá)到平衡（空氣浮力上升一段距離后，油滴所受的空氣阻力、重力與電場(chǎng)力達(dá)到平衡（空氣浮力忽略不計(jì)），則油滴將以勻速上升，此時(shí)速度為忽略不計(jì)），則油滴將以勻速上升，此時(shí)速度為ve，則有，則有 可將油滴看作圓球，其質(zhì)量為可將油滴看作圓球，其質(zhì)量為代入代入得油滴的半徑得油滴的半徑 空氣的粘帶系數(shù)應(yīng)修正為空氣的粘帶系數(shù)應(yīng)修正為 實(shí)驗(yàn)時(shí)取油滴勻速上升的距離相等，都設(shè)為實(shí)驗(yàn)時(shí)取油滴勻速上升的距離相等，都設(shè)為l，測(cè)出油滴勻速下降的時(shí)間，測(cè)出油滴勻速下降的時(shí)間tg，勻速，勻速上升的時(shí)間上升的時(shí)間te，則，則eeggtlvtlv/2/12/31218ggetltlt

4、lpabvdgqdpabgk2/312182/1ggetltltlvkq調(diào)節(jié)平行極板間的電壓，使油滴不動(dòng)，即靜態(tài)法測(cè)油滴電荷的公式調(diào)節(jié)平行極板間的電壓，使油滴不動(dòng)，即靜態(tài)法測(cè)油滴電荷的公式 2/3gtlvkq2/31218pabtlvdgq將將m ,vg和和ve代入可得代入可得動(dòng)態(tài)法測(cè)油滴電荷的公式動(dòng)態(tài)法測(cè)油滴電荷的公式 1、儀器的調(diào)節(jié)與使用、儀器的調(diào)節(jié)與使用油霧杯油霧杯油霧孔開(kāi)關(guān)油霧孔開(kāi)關(guān)防風(fēng)罩防風(fēng)罩上電極上電極油滴盒油滴盒下電極下電極座架座架上蓋板上蓋板噴霧口噴霧口油霧孔油霧孔上電極壓簧上電極壓簧油滴盒基座油滴盒基座油滴儀樣品室結(jié)構(gòu)示意圖油滴儀樣品室結(jié)構(gòu)示意圖 電源開(kāi)關(guān) 功能鍵 升降電壓調(diào)

5、節(jié)旋鈕 平衡電壓調(diào)節(jié)旋鈕 數(shù)字電壓顯示表 數(shù)字秒表 秒表清零鍵 電極板極性調(diào)節(jié)按鈕 水平儀 照明燈室 上、下電極 成像顯微鏡 ccd 油滴儀面板圖油滴儀面板圖 交流220v輸入座 視頻輸出插座 ccd視頻輸入和ccd電源共用座 1.調(diào)節(jié)儀器底座上的三只調(diào)平手輪，將水泡調(diào)平。由于底座空間較小，調(diào)調(diào)節(jié)儀器底座上的三只調(diào)平手輪，將水泡調(diào)平。由于底座空間較小，調(diào)手輪時(shí)將手心向上，用中指和無(wú)名指夾住手輪調(diào)節(jié)較為方便。手輪時(shí)將手心向上，用中指和無(wú)名指夾住手輪調(diào)節(jié)較為方便。 照明光路不需調(diào)整，只需將顯微鏡筒前端和底座前端對(duì)齊，噴油后再稍照明光路不需調(diào)整，只需將顯微鏡筒前端和底座前端對(duì)齊，噴油后再稍稍前后微調(diào)

6、即可。在使用中，前后調(diào)焦范圍不要過(guò)大，取前后調(diào)焦稍前后微調(diào)即可。在使用中，前后調(diào)焦范圍不要過(guò)大，取前后調(diào)焦1mm內(nèi)的內(nèi)的油滴較好。油滴較好。2.2.功能鍵有平衡、升降、測(cè)量三檔，當(dāng)處于中間位置功能鍵有平衡、升降、測(cè)量三檔，當(dāng)處于中間位置“平衡平衡”檔時(shí)，可用平衡檔時(shí)，可用平衡電壓調(diào)節(jié)旋鈕來(lái)調(diào)節(jié)平衡電壓大小，使被測(cè)油滴處于平衡狀態(tài)；當(dāng)處于上沿電壓調(diào)節(jié)旋鈕來(lái)調(diào)節(jié)平衡電壓大小，使被測(cè)油滴處于平衡狀態(tài)；當(dāng)處于上沿“升降升降”檔時(shí)，上下電極在平衡電壓的基礎(chǔ)上自動(dòng)增加提升電壓，提升電壓大檔時(shí)，上下電極在平衡電壓的基礎(chǔ)上自動(dòng)增加提升電壓，提升電壓大小由升降電壓調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)；當(dāng)處于下沿小由升降電壓調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)

7、；當(dāng)處于下沿“測(cè)量測(cè)量”檔時(shí)，極板間電壓為檔時(shí)，極板間電壓為0v，被，被測(cè)量油滴處于被測(cè)量階段而勻速下落，并自動(dòng)計(jì)時(shí)，油滴下降到預(yù)定距離時(shí)，測(cè)量油滴處于被測(cè)量階段而勻速下落，并自動(dòng)計(jì)時(shí)，油滴下降到預(yù)定距離時(shí)，迅速撥到平衡檔，同時(shí)自動(dòng)停止計(jì)時(shí)迅速撥到平衡檔，同時(shí)自動(dòng)停止計(jì)時(shí) 3. 選擇適當(dāng)?shù)挠偷芜x擇適當(dāng)?shù)挠偷瓮ǔ＿x擇平衡電壓為通常選擇平衡電壓為100300v，勻速下落，勻速下落1.5mm的時(shí)間在的時(shí)間在830秒左右的油滴秒左右的油滴較適宜。噴油后，功能鍵置較適宜。噴油后，功能鍵置“平衡平衡”檔，調(diào)節(jié)平衡電壓調(diào)節(jié)旋鈕使極板電壓為檔，調(diào)節(jié)平衡電壓調(diào)節(jié)旋鈕使極板電壓為200v左右，注意幾顆緩慢運(yùn)動(dòng)、較

8、為清晰明亮的油滴。試將功能鍵置左右，注意幾顆緩慢運(yùn)動(dòng)、較為清晰明亮的油滴。試將功能鍵置“平衡平衡”檔，觀察各顆油滴下落大概的速度檔，觀察各顆油滴下落大概的速度, , 目視油滴直徑在目視油滴直徑在0.51mm左右的較適宜。左右的較適宜。4 4 、正式測(cè)量、正式測(cè)量 平衡法測(cè)量，可將已調(diào)平衡的油滴用功能鍵控制移動(dòng)在平衡法測(cè)量，可將已調(diào)平衡的油滴用功能鍵控制移動(dòng)在“起跑起跑”線上，然后線上，然后將功能鍵撥向?qū)⒐δ苕I撥向“測(cè)量測(cè)量”，油滴開(kāi)始勻速下降的同時(shí)，計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)。到，油滴開(kāi)始勻速下降的同時(shí)，計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)。到“終終點(diǎn)點(diǎn)”時(shí)迅速將功能鍵撥向時(shí)迅速將功能鍵撥向“平衡平衡”，油滴立即靜止，計(jì)時(shí)也立

9、即停止。，油滴立即靜止，計(jì)時(shí)也立即停止?！緮?shù)據(jù)處理】【數(shù)據(jù)處理】對(duì)某顆油滴重復(fù)對(duì)某顆油滴重復(fù)510次測(cè)量，選擇次測(cè)量，選擇1020顆油滴，求得電子電荷的平均顆油滴，求得電子電荷的平均值值e。在每次測(cè)量時(shí)都要檢查和調(diào)整平衡電壓，以減小偶然誤差和因?yàn)?。在每次測(cè)量時(shí)都要檢查和調(diào)整平衡電壓，以減小偶然誤差和因?yàn)橛偷螕]發(fā)而使平衡電壓發(fā)生變化。油滴揮發(fā)而使平衡電壓發(fā)生變化。vdpabtlgqg2/31218ggtla29油的密度油的密度 c209813mkg重力加速度重力加速度 279. 9smg空氣粘滯系數(shù)空氣粘滯系數(shù) 1151083. 1smkg油滴勻速下降距離油滴勻速下降距離 ml3105 . 1修

10、正常數(shù)修正常數(shù) cmhgmb61017. 6大氣壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng) cmhgp0 .76平行極板間距離平行極板間距離 md31000. 5式中的時(shí)間式中的時(shí)間 應(yīng)為測(cè)量數(shù)次時(shí)間的平均值應(yīng)為測(cè)量數(shù)次時(shí)間的平均值 gt油滴的半徑油滴的半徑 計(jì)算出各油滴的電荷后，求它們的最大公約數(shù)，即為基本電荷計(jì)算出各油滴的電荷后，求它們的最大公約數(shù)，即為基本電荷e值。若求最值。若求最大公約數(shù)有困難，可用作圖法求大公約數(shù)有困難，可用作圖法求e值。設(shè)實(shí)驗(yàn)得到值。設(shè)實(shí)驗(yàn)得到m個(gè)油滴的帶電量分別為個(gè)油滴的帶電量分別為q1，q2，qm，由于電荷的量子化特性，應(yīng)有，由于電荷的量子化特性，應(yīng)有 ，此為一直線方程，此為一直線方程，n為

11、為自變量，自變量，q為因變量，為因變量，e為斜率。因此為斜率。因此m為油滴對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)在為油滴對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)在nq坐標(biāo)系中將在同坐標(biāo)系中將在同一條過(guò)原點(diǎn)的直線上，若找到滿足這一關(guān)一條過(guò)原點(diǎn)的直線上，若找到滿足這一關(guān)系的直線，就可用斜率求得系的直線，就可用斜率求得e值。將值。將e的的實(shí)驗(yàn)值與公認(rèn)值比較，求相對(duì)誤差。（公認(rèn)值庫(kù)侖）實(shí)驗(yàn)值與公認(rèn)值比較，求相對(duì)誤差。（公認(rèn)值庫(kù)侖）【注意事項(xiàng)】【注意事項(xiàng)】 1噴霧器內(nèi)的油不可裝得太滿，否則會(huì)噴出很多噴霧器內(nèi)的油不可裝得太滿，否則會(huì)噴出很多“油油”而不是而不是“油霧油霧”，堵塞，堵塞上電極的落油孔。每次實(shí)驗(yàn)完畢應(yīng)及時(shí)揩擦及油霧室內(nèi)的積油！上電極的落油孔。每次實(shí)驗(yàn)完畢應(yīng)及時(shí)揩擦及油霧室內(nèi)的積油！2噴霧時(shí)噴霧器應(yīng)豎拿噴霧器，玻璃口對(duì)準(zhǔn)油霧室的噴霧口，輕輕噴入少許油噴霧時(shí)噴霧器應(yīng)豎拿噴霧器，玻璃口對(duì)準(zhǔn)油霧室的噴霧口，輕輕噴入少許油即可。切勿將噴霧器插入油霧室，甚至將油倒出來(lái)。更不該將油霧室拿掉后對(duì)準(zhǔn)即可。切勿將噴霧器插入油霧室，甚至將油倒出來(lái)。更不該將油霧室拿掉后對(duì)準(zhǔn)上電極落油小孔噴油。否則會(huì)將落油孔堵塞。上電極落油小孔噴油。否則會(huì)將落油孔堵塞。3水平儀一定要水平，否則油滴的橫向漂移很厲害。水平儀一定要水平，否則油滴的橫向漂移很厲害。【思考題】【思考題】 （1）對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響的主要因素有哪些？）對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響的主要因素有哪些？（2）如何判斷油滴盒