實驗報告---密立根油滴實驗

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1、浙江大學寧波理工學院物理實驗報告一、實驗名稱：密立根油滴實驗測電子電荷e二、實驗目的：1、通過對帶電油滴在重力場和靜電場中運動的測量，驗證電荷的不連續(xù)性，并測定電子電荷的電荷值e。2、通過實驗過程中，對儀器的調整、油滴的選擇、耐心地跟蹤和測量以及數(shù)據(jù)的處理等，培養(yǎng)學生嚴肅認真和一絲不茍的科學實驗方法和態(tài)度。3、學習和理解密立根利用宏觀量測量微觀量的巧妙設想和構思。三、儀器用具：密立根油滴實驗儀四、實驗原理：動態(tài)測量法假設重力場中一個足夠小油滴的運動，設此油滴半徑為，質量為，空氣是粘滯流體，故此運動油滴除重力和浮力外還受粘滯阻力的作用。由斯托克斯定律，粘滯阻力與物體運動速度成

2、正比。設油滴以速度勻速下落，則有（1）此處為與油滴同體積的空氣質量，為比例系數(shù)，為重力加速度。油滴在空氣及重力場中的受力情況如圖1所示：若此油滴帶電荷為，并處在場強為的均勻電場中，設電場力方向與重力方向相反，如圖2所示，如果油滴以速度勻速上升，則有（2）圖2電場中油滴受力示意圖圖1重力場中油滴受力示意圖由式（1）和（2）消去，可解出為（3）由式（3）可以看出，要測量油滴上攜帶的電荷，需要分別測出、、、、等物理量。由噴霧器噴出的小油滴的半徑是微米數(shù)量級，直接測量其質量也是困難的，為此希望消去，而代之以容易測量的量。設油與空氣的密度分別為、，于是半徑為的油滴的視重為（4）一、實

3、驗內容：學習控制油滴在視場中的運動，并選擇合適的油滴測量元電荷。要求至少測量5個不同的油滴，每個油滴的測量次數(shù)應在3次以上。1、調整油滴實驗儀①水平調整調整實驗儀底部的旋鈕(順時針儀器升高，逆時針儀器下降)，通過水準儀將實驗平臺調平，使平衡電場方向與重力方向平行以免引起實驗誤差。極板平面是否水平?jīng)Q定了油滴在下落或提升過程中是否發(fā)生前后、左右的漂移。①噴霧器調整將少量鐘表油緩慢的倒入噴霧器的儲油腔內，使鐘表油湮沒提油管下方，油不要太多，以免實驗過程中不慎將油傾倒至油滴盒內堵塞落油孔。將噴霧器豎起，用手擠壓氣囊，使得提油管內充滿鐘表油。②儀器硬件接口連接主機接線：電源線接交流2

4、20V/50Hz；Q9視頻輸出接監(jiān)視器視頻輸入（IN）。監(jiān)視器：輸入阻抗開關撥至75（ohm），Q9視頻線纜接IN輸入插座。電源線接220V/50Hz交流電壓。前面板調整旋鈕自左至右依次為左右調整、上下調整、亮度調整、對比度調整。③實驗儀聯(lián)機使用a．打開實驗儀電源及監(jiān)視器電源，監(jiān)視器出現(xiàn)歡迎界面b．按任意鍵：監(jiān)視器出現(xiàn)參數(shù)設置界面，首先，設置實驗方法，然后根據(jù)該地的環(huán)境適當設置重力加速度、油密度、大氣壓強、油滴下落距離。“←”表示左移鍵、“→”表示為右移鍵、“+”表示數(shù)據(jù)設置鍵。c．按確認鍵出現(xiàn)實驗界面：將工作狀態(tài)切換至“工作”，紅色指示燈亮，將平衡、提升按鍵設置為“平衡”

5、。⑤CCD成像系統(tǒng)調整從噴霧口噴入油霧，此時監(jiān)視器上應該出現(xiàn)大量運動油滴的像。若沒有看到油滴的像，則需調整調焦旋鈕或檢查噴霧器是否有油霧噴出，直至得到油滴清晰的圖像。⑥控制油滴的運動選擇適當?shù)挠偷危{整平衡電壓，使油滴平衡在某一格線上，將工作狀態(tài)按鍵切換至“0V”，綠色指示燈點亮，此時上下極板同時接地，電場力為零，油滴將在重力、浮力及空氣阻力的作用下作下落運動，當由滴下落到有0標記的刻度線時，立刻按下定時開始鍵，同時計時器開始記錄油滴下落的時間；待油滴下落至有距離標志（例如1.6）的格線時，立即按下定時結束鍵，同時記時器停止記時。經(jīng)歷一小段時間后0V、工作按鍵自動切換至“工

6、作”（平衡、提升按鍵處于“平衡”），此時油滴將停止下落，可以通過確認鍵將此次測量數(shù)據(jù)記錄到屏幕上。將工作狀態(tài)按鍵切換至“工作”，紅色指示燈點亮，此時儀器根據(jù)平衡或提升狀態(tài)分兩種情形：若置于“平衡”，則可以通過平衡電壓調節(jié)旋鈕調整平衡電壓；若置于“提升”，則極板電壓將在原平衡電壓的基礎上再增加200V的電壓，用來向上提升油滴。①選擇適當?shù)挠偷我骱糜偷螌嶒?，所選的油滴體積要適中，大的油滴雖然明亮，但一般帶的電荷多，下降或提升太快，不容易測準確。太小則受布朗運動的影響明顯，測量時漲落較大，也不容易測準確。因此應該選擇質量適中而帶電不多的油滴。建議選擇平衡電壓在150-400V之

7、間、下落時間在20S（當下落距離為2mm時）左右的油滴進行測量。平衡測量法：①開啟電源，進入實驗界面將工作狀態(tài)按鍵切換至“工作”，紅色指示燈點亮；將平衡、提升按鍵置于“平衡”。②通過噴霧口向油滴盒內噴入油霧，此時監(jiān)視器上將出現(xiàn)大量運動的油滴。選取適當?shù)挠偷?，仔細調整平衡電壓，使其平衡在某一起始格線上（見后面平衡法示意圖）。③將工作狀態(tài)按鍵切換至“0V”，此時油滴開始下落，當油滴下落到有“0”標記的格線時，立即按下定時開始鍵，同時計時器啟動，開始記錄油滴的下落時間。④當油滴下落至有距離標記的格線時（例如：1.6），立