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《密立根油滴實驗數(shù)據(jù)分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、萬方數(shù)據(jù)第28卷第4期2008年4月物理實驗PHYSICSEXPERI砌ENTATIONVoI．28No．4Apr．。2008密立根油滴實驗數(shù)據(jù)分析李娟1，李蜀晉2，胡再國1(1．四川大學物理實驗中心，四川成都610065；2．四川大學建筑與環(huán)境學院，四川成都610065)摘要：用概率統(tǒng)計的方法對417個油滴電量進行分析，確定了基本電荷量值的大致范圍，并使用平均值法求出具體數(shù)值．．關鍵詞：密立根油滴；基本電荷；不確定度中圖分類號：0441．1文獻標識碼：A文章編號：1005—4642(2008)04—0028—03密立根油滴實驗在
2、近代物理學發(fā)展中占有非常重要的地位，該實驗清楚地證明了電荷量的不連續(xù)性，確定了最小單位電荷的量值．美國杰出的物理學家密立根從1906年起致力于細小油滴帶電量的測量，用了11年時間，經(jīng)過多次重大改進，終于以上千個油滴的確鑿實驗數(shù)據(jù)得出基本電荷的電量P一(1．5924-I-0．0017)×10-19C，任何電量都是基本電荷的整數(shù)倍，這個基本電荷就是電子所帶的電荷，密立根因測出電子電荷及其他方面貢獻，獲得了1923年度諾貝爾物理獎．1原理1．1密立根油滴實驗中帶電油滴所受的力密立根油滴實驗[1噸3使用噴霧器形成油霧，油霧中的油滴從噴霧器
3、噴出時，由于摩擦作用使大部分油滴帶電．帶電油滴進入電場時(圖1)，將受到重力^、電場力fE(負電受力向上、正電受力向下，圖1表示帶負電受力方向)、空氣黏滯力圖1油滴運動與受力^，它們的大小分別是：A1，以一號7【r3Pg，^一q號，^=6nrr／v，其中r是油滴半徑，p是油的密度，g是重力加速度，呀是空氣黏度，口為油滴運動速度．1．2油滴大小與油滴速度的關系不加電場時，油滴只受到重力^(方向向下)、空氣黏滯力^(方向向上)，當油滴下落速度增加使空氣黏滯力等于重力(^一^)時，油滴將做勻速下落，可得／9刪、1／2產(chǎn)＼菘J。1．3電場
4、作用下靜止油滴受力調(diào)節(jié)加在極板上的電壓使油滴靜止，油滴所受電場力等于重力(^一^)，可得q=等∥Pg．(2)q2Ⅳ丌廣·【z)1．4黏度和油滴半徑的關系油滴很小，其半徑與空氣分子的平均自由程相近，空氣已經(jīng)不能看成是連續(xù)介質(zhì)，上述黏度呀與較大的物體在空氣中的黏度叩。有差別，應當修正為7一者，(3)3‘7一——i，LJ‘1_L二二rp其中珈是已知的，P為空氣壓強，b為修正常數(shù)，黏度與油滴半徑有關，將(3)式代入(1)式得，．=(警)V2(·+專)。1膽，㈤收稿日期：2007—09—21；修改日期：2007—12—10作者簡介：李娟(1
5、964一)，女，四川I成都人，四川I大學物理實驗中心工程師，學士，從事物理實驗教學工作．萬方數(shù)據(jù)第4期李娟，等：密立根油滴實驗數(shù)據(jù)分析由式(4)轉化為一元二次方程，可解得r=一去+[(去)2+騫]l／2．㈤1．5油滴帶電量的計算公式測出未加電場油滴勻速下落1的時間t，則可=71，(6)將式(6)和式(4)代入式(2)得g=嵩[毒手卜．㈣式(7)中的半徑r用式(5)計算．2儀器常數(shù)及計算油滴電荷所需的參量實驗使用南京浪博科教儀器研究所的OM99BCCD微機密立根油滴儀進行實驗．平行電極板的間距d=5．00×10～m，監(jiān)視器上分劃刻度
6、Al=2．5×10～m／div，重力加速度(成都)g=9．7913m／s2，空氣黏度啦一1．83×10-5kg／(m·s)，修正常數(shù)b=8．22×10-3m·Pa，大氣壓強p=1．013x105Pa，油的密度(20℃)p=981kg／m3[溫變影響Ap／AO=一0．5kg／(m3·℃)，AO=(口一20)℃]．3數(shù)據(jù)處理3．1統(tǒng)計法本實驗收集了417個學生實驗的油滴電荷量，將小于1．0×10-18C的電荷按間隔0．2×10-19C進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，統(tǒng)計后作圖如圖2所示，比較明顯的有4個峰值，在4個峰值中，最明顯的是峰值1，2和4，峰值
7、3是比較接近的3組數(shù)據(jù)(這與取值區(qū)間、測量誤差有關)，各個峰值的具體數(shù)值如表1所示．《◆文獻[3]測量峰值間隔為1．49X10-19C，主要原因可能是沒有考慮油滴密度與溫度的關系．本實驗峰值間隔大約在1．6×10叫9C．3．2平均值法3．2．1平均值法的思路如果測量沒有誤差，在油滴個數(shù)足夠多時，測量數(shù)據(jù)的差值中最小(零值除外)的就是基本電荷．事實上測量有誤差，最小差值沒有意義．從統(tǒng)計的角度得出的峰值間隔就是基本電荷的大致數(shù)據(jù)，但不能準確計算大?。绻麤]有誤差，測量的基本電荷必然滿足條件：任何油滴測量的電荷除以基本電荷都為整數(shù)．但由
8、于有測量誤差，找不到這樣的基本電荷．但有數(shù)據(jù)e。滿足這樣的條件：任何油滴的電荷量為Q，用Q／‰，取整數(shù)部分為耽，再用Q／，li，記為e{，則ef2eo．3．2．2計算過程1)根據(jù)圖2，取1．6×10_19C附近的數(shù)值(如1．4×10_19C或1．7
