密立根油滴實(shí)驗(yàn)1

1、密立根油滴實(shí)驗(yàn)密立根油滴實(shí)驗(yàn) 太原理工大學(xué)物理與光電工程學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)中心密立根油滴實(shí)驗(yàn)密立根油滴實(shí)驗(yàn) 1907-1913年密立根用在電場(chǎng)和重力場(chǎng)年密立根用在電場(chǎng)和重力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的帶電油滴進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)所有油中運(yùn)動(dòng)的帶電油滴進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)所有油滴所帶的電量均是某一最小電荷的整數(shù)倍，滴所帶的電量均是某一最小電荷的整數(shù)倍，該最小電荷值就是電子電荷。該最小電荷值就是電子電荷。 密立根油滴實(shí)驗(yàn)獲得兩項(xiàng)重大的成果： 一是證明了任何帶電物體所帶的電荷都是基本電荷e的整數(shù)倍，并精確測(cè)出了基本電荷的數(shù)值； 二是明確了電荷的不連續(xù)性，即電荷具有量子性。 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 通過帶電油滴在電場(chǎng)和重力場(chǎng)中受力和運(yùn)動(dòng)情況，

2、測(cè)定基本電荷的電量。實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 設(shè)質(zhì)量為m帶電量為q的油滴在兩平行極板間運(yùn)動(dòng)，兩極板間電壓為U，極板間距為d。則油滴在極板間將同時(shí)受到重力和電場(chǎng)力的作用，如圖所示。如果調(diào)節(jié)兩極板間的電壓U，可使電場(chǎng)力和重力達(dá)到平衡，即 電場(chǎng)存在受力圖dqqemgV實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 要測(cè)定油滴所帶的電量q，除了要測(cè)出V和d外，還要測(cè)出油滴的質(zhì)量m，下面推導(dǎo)測(cè)量m的公式。dqqemgV實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 當(dāng)兩平行極板間不加電壓時(shí)（即電場(chǎng)不存在時(shí)），油滴所受的電場(chǎng)力隨之消失，在重力作用下加速下降，同時(shí)也受空氣阻力(黏滯阻力)作用，根據(jù)斯托克斯定律，黏滯阻力為vafr6實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 a為油滴的半徑,為空氣的黏

3、滯系數(shù)，為油滴運(yùn)動(dòng)的速度。油滴下降一段距離達(dá)到某一速度（收尾速度）后，黏滯阻力和重力會(huì)平衡（空氣浮力忽略不計(jì)），油滴將勻速下降.vafr6電場(chǎng)不存在受力圖兩平行極板間不加電壓時(shí)即電場(chǎng)不存在時(shí)frmgmgvafgr6 334avmgva29mgvafgr6實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 考慮到油滴半徑小到10-6米時(shí)，其半徑與空氣中分子的平均自由程可以比擬，空氣不能被認(rèn)為是連續(xù)介質(zhì)，空氣的黏滯系數(shù)應(yīng)做如下修正pba1 b為修正常數(shù)，b = 8.2210-3mPa，p為大氣壓強(qiáng)（單位是Pa），a為未修正過的油滴半徑。則修正后油滴半徑用為 pabgva1129 對(duì)于勻速運(yùn)動(dòng)的油滴，其下降的距離、所需時(shí)間和速度之間

4、的關(guān)系為tlv 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理V)1 (2182/3dpabtlpgq數(shù)據(jù)記錄及處理數(shù)據(jù)記錄及處理 (1) 數(shù)據(jù)處理方法：已知：油的密度 = 981 kg/m3重力加速度 g = 9.797 m / s2空氣的粘滯系數(shù) = 1.8310-5 kg /ms 油滴下降距離 l = 2.0010-3 m常數(shù) b = 8.2210-3mPa大氣壓 P = 1.013105Pa平行極板距離 d = 5.0010-3 m 將以上數(shù)據(jù)代入上式得 V1101.961101.43232-14ttq 數(shù)據(jù)記錄及處理數(shù)據(jù)記錄及處理 根據(jù)公認(rèn)值處理實(shí)驗(yàn)算相對(duì)誤差根據(jù)公認(rèn)值處理實(shí)驗(yàn)算相對(duì)誤差rE(2) 數(shù)據(jù)表格 油滴

5、編號(hào)平衡電壓 (V)平均電壓油滴勻速下降時(shí)間 (s)平均時(shí)間q/e基本電荷量 (c)V1V2V3V4V5t1t2t3t4t512345實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?(1) 學(xué)習(xí)密立根油滴實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想。并測(cè)量基本電荷的電量，加深對(duì)電荷“量子性”的理解。驗(yàn)證電荷的不連續(xù)性。 (2) 通過對(duì)帶電油滴在重力場(chǎng)和靜電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的測(cè)量，驗(yàn)證電荷的不連續(xù)性，并測(cè)定基本電荷值。 (3) 通過對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的調(diào)整，油滴的選擇、跟蹤和測(cè)量，以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)態(tài)度。2. 2. 實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器密立根油滴儀密立根油滴儀油霧室油霧室平衡水泡平衡水泡CCD物鏡物鏡極板電壓極板電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換開關(guān)計(jì)時(shí)鍵計(jì)時(shí)鍵平衡電

6、壓平衡電壓調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)ccd提升、平提升、平衡、下降衡、下降轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換開關(guān)聯(lián)動(dòng)鍵聯(lián)動(dòng)鍵噴霧器噴霧器物鏡平動(dòng)物鏡平動(dòng)旋鈕旋鈕正負(fù)極板正負(fù)極板顯示器顯示器開關(guān)開關(guān)對(duì)比度調(diào)節(jié)對(duì)比度調(diào)節(jié)亮度調(diào)節(jié)亮度調(diào)節(jié)垂直顯示調(diào)節(jié)垂直顯示調(diào)節(jié)水平顯示調(diào)節(jié)水平顯示調(diào)節(jié)計(jì)時(shí)顯示計(jì)時(shí)顯示電壓顯示電壓顯示實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟 -調(diào)整儀器 (1) 調(diào)整儀器底部的調(diào)平螺絲，使水準(zhǔn)儀的氣泡移到中央，這時(shí)平行極板處于水平位置，電場(chǎng)方向和重力平行。 (2 ) 將監(jiān)視器亮度調(diào)低，對(duì)比度調(diào)到最高。 (3) 將油從油霧室旁的噴霧口噴入（1-2次即可），立刻微調(diào)顯微鏡的調(diào)焦手輪，使視場(chǎng)中出現(xiàn)大量清晰的油滴。選擇合適的油滴 (1) 將油滴儀的換向開關(guān)

7、K1放在“+”或“-”上，功能鍵K2置于“平衡”檔，觀察幾顆緩慢運(yùn)動(dòng)的油滴，并注視其中的某一顆，微調(diào)顯微鏡，使該油滴很清楚，在80300V之間仔細(xì)調(diào)節(jié)平衡電壓使這顆油滴靜止不動(dòng)。 (2) 分別將K2開關(guān)置于“提升”或“0V”，觀察到該油滴能夠上、下自如運(yùn)動(dòng)，然后將其移動(dòng)在屏幕上某刻度線上，將K2置于“平衡”檔， 使之保持平衡。選擇合適的油滴(3) 將K2置于“0V”檔，油滴下移，同時(shí)計(jì)時(shí)器自動(dòng)計(jì)時(shí)，當(dāng)油滴向下運(yùn)動(dòng)兩個(gè)刻度并恰好在刻度線上時(shí)，將K2置于“平衡”，計(jì)時(shí)停止，此時(shí)屏幕右上方即顯示該油滴運(yùn)動(dòng)兩個(gè)刻度距離的時(shí)間。該時(shí)間再乘以4則是油滴勻速下降2mm的估算時(shí)間，選擇這段時(shí)間在830s的油滴

8、.正式測(cè)量 (1) 將油滴懸于分化板上某條橫線附近(最好選擇在平行極板之間的中間部分)，以便準(zhǔn)確判斷出這顆油滴是否達(dá)到平衡。觀察時(shí)間約十幾秒，如果油滴在此時(shí)間內(nèi)在平衡位置附近漂移不大，則可認(rèn)為油滴在平衡狀態(tài)，此時(shí)的電壓為平衡電壓Vn。 (2) 將油滴用K2控制移動(dòng)到“起跑線上”，按K3使計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，然后將K2置于“0V”，油滴開始勻速下降的同時(shí)，計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，到“終點(diǎn)”時(shí)，迅速將K2置于“平衡”，油滴靜止，計(jì)時(shí)結(jié)束。此時(shí)的時(shí)間為油滴勻速下降2mm所需的時(shí)間。 正式測(cè)量(3) 對(duì)于同一顆油滴，必須重復(fù)測(cè)量5次。(4) 另選4顆不同的油滴，用同樣的方法進(jìn)行測(cè)量。注意注意：計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，一定要迅速將油滴儀的功能鍵置于“平衡”檔，否則油滴就會(huì)運(yùn)動(dòng)到下極板而觀察不到，進(jìn)而無法測(cè)量5次。 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) 實(shí)驗(yàn)前必須調(diào)節(jié)水準(zhǔn)泡； (1) 每次都要調(diào)節(jié)平衡電壓，要求每個(gè)油滴的平衡電壓和下降時(shí)間都不同。 (2) 擦拭極板時(shí)要關(guān)掉電源，以免觸電； (3) 噴油霧前將漏油開關(guān)打開實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) (4) 噴油時(shí)功能鍵K2應(yīng)置于“平衡”處，調(diào)節(jié)兩電極板間電壓在150-200V之間。 (5) 噴霧時(shí)噴霧器應(yīng)豎拿,食指賭住氣孔,對(duì)準(zhǔn)油霧室的噴霧口,輕輕噴入少許（噴1-2下）即可；噴油太多，易堵塞上電極板中的落油孔。 (6) 噴油后，噴霧器應(yīng)豎立放置。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) (7) 噴油后應(yīng)將風(fēng)口蓋住，以防止