密立根油滴實驗報告

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1、密立根油滴實驗——電子電荷的測量【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。【實驗原理】1.靜態(tài)（平衡）測量法用噴霧器將油滴噴入兩塊相距為d的平行極板之間。油在噴射撕裂成油滴時，一般都是帶電的。設油滴的質量為m，所帶的電量為q，兩極板間的電壓為V，如圖1所示。如果調節(jié)兩極板間的電壓V，可使兩力達到平衡，這時：(1)為了測出油滴所帶的

2、電量q，除了需測定平衡電壓V和極板間距離d外，還需要測量油滴的質量m。因m很小，需用如下特殊方法測定：平行極板不加電壓時，油滴受重力作用而加速下降，由于空氣阻力的作用，下降一段距離達到某一速度后，阻力與重力mg平衡，如圖2所示（空氣浮力忽略不計），油滴將勻速下降。此時有：(2)其中是空氣的粘滯系數(shù)，是油滴的半徑。經過變換及修正，可得斯托克斯定律：(3)其中b是修正常數(shù)，b=6.17×10-6m·cmHg,p為大氣壓強，單位為厘米汞高。至于油滴勻速下降的速度，可用下法測出：當兩極板間的電壓V為零時,設油滴勻速下降的距離為，時間為t，則(4)最后得到理論公式：(5)1.動態(tài)（

3、非平衡）測量法非平衡測量法則是在平行極板上加以適當?shù)碾妷篤，但并不調節(jié)V使靜電力和重力達到平衡，而是使油滴受靜電力作用加速上升。由于空氣阻力的作用，上升一段距離達到某一速度υ后，空氣阻力、重力與靜電力達到平衡（空氣浮力忽略不計），油滴將勻速上升，如圖3所示。這時：（6）當去掉平行極板上所加的電壓V后，油滴受重力作用而加速下降。當空氣阻力和重力平衡時，油滴將以勻速υ下降，這時：（7）化簡，并把平衡法中油滴的質量代入，得理論公式：（8）【實驗儀器】根據實驗原理，實驗儀器——密立根油滴儀，應包括水平放置的平行極板（油滴盒），調平裝置，照明裝置，顯微鏡，電源，計時器（數(shù)字毫秒計）

4、，改變油滴帶電量從q變到q′的裝置，實驗油，噴霧器等。MOD－5型密立根油滴儀的基本外形和具體結構示于圖4?！緦嶒瀮热荨?.調整儀器將儀器放平穩(wěn)，調節(jié)儀器底部左右兩只調平螺絲，使水準泡指示水平，這時平行極板處于水平位置。預熱10分鐘，利用預熱時間從測量顯微鏡中觀察，如果分劃板位置不正，則轉動目鏡頭，將分劃板放正，目鏡頭要插到底。調節(jié)接目鏡，使分劃板刻線清晰。將油從油霧室旁的噴霧口噴入（噴一次即可），微調測量顯微鏡的調焦手輪，這時視場中即出現(xiàn)大量清晰的油滴，如夜空繁星。對MOD－5C型與CCD一體化的屏顯油滴儀，則從監(jiān)視器熒光屏上觀察油滴的運動。如油滴斜向運動，則可轉動顯微

5、鏡上的圓形CCD，使油滴垂直方向運動。2.練習測量（1）練習控制油滴如果用平衡法實驗噴入油滴后，加工作（平衡）電壓250伏特左右，工作電壓選擇開關置“平衡”檔，驅走不需要的油滴，直到剩下幾顆緩慢運動的為止。注視其中的某一顆，仔細調節(jié)平衡電壓，使這顆油滴靜止不動。然后去掉平衡電壓，讓它自由下降，下降一段距離后再加上“提升”電壓，使油滴上升。如此反復多次地進行練習。（2）練習測量油滴運動的時間任意選擇幾顆運動速度快慢不同的油滴，用計時器測出它們下降一段距離所需要的時間?；蛘呒由弦欢ǖ碾妷海瑴y出它們上升一段距離所需要的時間。如此反復多練幾次。（3）練習選擇油滴選的油滴體積不能太

6、大，太大的油滴雖然比較亮，但一般帶的電量比較多，下降速度也比較快，時間不容易測準確。若油滴太小則布朗運動明顯。通?？梢赃x擇平衡電壓在200伏特以上，在10s左右時間內勻速下降2mm的油滴，其大小和帶電量都比較合適。（4）練習改變油滴的帶電量對MOD－5B、5BC、5BCC型密立根油滴儀，可以改變油滴的帶電量。按下汞燈按鈕，低壓汞燈亮，約5s，油滴的運動速度發(fā)生改變，這時油滴的帶電量已經改變了。3.正是測量（1）靜態(tài)（平衡）測量法用平衡測量法時要測量的有兩個量，一個是平衡電壓V，另一個是油滴勻速下降一段距離所需要的時間tg。仔細調節(jié)“平衡電壓”旋鈕，使油滴置于分劃板上某條橫

7、線附近，以便準確判斷出這顆油滴是否平衡了。當油滴處于平衡位置，選定測量的一段距離（一般取l=0.200cm比較合適），然后把開關撥向“下降”，使油滴自由下落。測量油滴勻速下降經過選定測量距離所需要的時間te，為了在按動計時器時有思想準備，應先讓它下降一段距離后再測量時間。測量完一次后，應把開關撥向“平衡”，做好記錄后，再撥向“提升”，加大電場使油滴回到原來高度，為下次測量做好準備。對同一顆油滴應進行3～5次測量，而且每次測量都要重新調整平衡電壓。用同樣的的方法對多顆油滴進行測量。（2）動態(tài)（非平衡）測量法用動態(tài)測量法實驗時要測