密立根油滴實(shí)驗(yàn)報告

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1、密立根油滴實(shí)驗(yàn)摘要：本文闡述了在密立根油滴實(shí)驗(yàn)中，測量帶電油滴的電荷數(shù)從而驗(yàn)證電荷的不連續(xù)性，并測定電荷的電荷值e的方法。本文使用靜態(tài)測量法和動態(tài)測量法兩種方法,利用密立根油滴儀測量帶電油滴下落時間，列出統(tǒng)計表格，由此計算出電荷的電荷值e，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行誤差分析。關(guān)鍵詞：帶電油滴靜態(tài)測量法動態(tài)測量法一、引言自電子的荷質(zhì)比的確定初步判定電子的存在以來，科學(xué)界便開始對電子電荷進(jìn)行測定[1]。其中由美國物理學(xué)家密立根(R.A.Millikan)設(shè)計完成的密立根油滴實(shí)驗(yàn)，在近代物理學(xué)的發(fā)展史上是一個十分重要的實(shí)驗(yàn),它不但有深刻的哲學(xué)意義[2]，還證明

2、了任何帶電體所帶的電荷都是某一最小電荷——基本電荷的整數(shù)倍；明確了電荷的不連續(xù)性；并精確地測定了基本電荷的數(shù)值，為從實(shí)驗(yàn)上測定其它一些基本物理量提供了可能性。密立根油滴實(shí)驗(yàn)設(shè)計巧妙，原理清楚，設(shè)備簡單，結(jié)果準(zhǔn)確，所以它歷來是一個著名而有啟發(fā)性的物理實(shí)驗(yàn)。通過學(xué)習(xí)密立根油滴實(shí)驗(yàn)的設(shè)計思想和實(shí)驗(yàn)技巧，可以提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰退刭|(zhì)。二、實(shí)驗(yàn)方案本實(shí)驗(yàn)使用OM99CCD微機(jī)密立根油滴儀,其為用于驗(yàn)證電荷的不連續(xù)性及測量基本電荷電量的物理實(shí)驗(yàn)儀器，也是學(xué)習(xí)了解CCD圖像傳感器的原理與應(yīng)用、學(xué)習(xí)電視顯微測量方法的實(shí)驗(yàn)儀器。儀器主要由油滴盒、CCD電視顯微鏡

3、、電路箱、監(jiān)視器等組成。油滴盒是重要部件，加工要求很高，其結(jié)構(gòu)見圖1：8．上蓋板9．噴霧口10．油霧孔11．上電極壓簧12．油滴盒基座1．油霧杯2．油霧孔開關(guān)3．防風(fēng)罩4．上電極5．油滴盒6．下電極7．座架圖1試驗(yàn)儀面板結(jié)構(gòu)如圖2所示：1．電源線2．指示燈3．調(diào)平水泡4．電源開關(guān)5．視頻電纜6．顯微鏡-0V計時/停平衡電壓+提升平衡7．上電極壓簧8．K19．K210．聯(lián)動11．K312．W圖2聯(lián)動具體實(shí)驗(yàn)步驟如下:練習(xí)測量選擇一顆合適的油滴，大而亮的油滴必然質(zhì)量大，所帶電荷也多，而勻速下降時間則很短，增大了測量誤差和給數(shù)據(jù)處理帶來困難[3]。通

4、常選擇平衡電壓為(200~300)V，勻速下落1.50mm（6格）的時間在(8~20)s左右的油滴較適宜。噴油后，K2置“平衡”檔，調(diào)“平衡電壓”電位器W使極板電壓為(200~300)V，注意幾顆緩慢運(yùn)動、較為清晰明亮的油滴。試將K2置“0V”檔，觀察各顆油滴下落大概的速度，從中選一顆作為測量對象過小的油滴觀察困難，布朗運(yùn)動明顯，會引入較大的測量誤差。判斷油滴是否平衡要有足夠的耐性。用K2將油滴移至某條刻度線上，仔細(xì)調(diào)節(jié)平衡電壓，這樣反復(fù)操作幾次，經(jīng)一段時間觀察，油滴確實(shí)不再移動才認(rèn)為是平衡了。測準(zhǔn)油滴上升或下降某段距離所需的時間，一是要統(tǒng)一油

5、滴到達(dá)刻度線什么位置才認(rèn)為油滴已踏線，二是眼睛要平視刻度線，不要有夾角。反復(fù)練習(xí)幾次，使測出的各次時間的離散性較小，并且對油滴的控制比較熟練。正式測量：1.平衡法（靜態(tài)法）測量(1)連接好儀器，將儀器表面調(diào)水平，打開監(jiān)視器和油滴儀的電源；(2)向噴霧口噴油后，關(guān)上油霧孔開關(guān)；(3)將K1置向一極，K2置“平衡”檔，按下聯(lián)動開關(guān)；(4)選擇一顆合適的油滴，調(diào)節(jié)“平衡電壓”電位器W，使之達(dá)到平衡；(5)將已調(diào)平衡的油滴用K2控制移到“起跑”線上（一般取第2格上線），按K3（計時/停），讓計時器停止計時（值未必為0）；(6)將K2撥向“0V”，油滴開

6、始勻速下降的同時，計時器開始計時。到“終點(diǎn)”（一般取第7格下線）時迅速將K2撥向“平衡”，油滴立即靜止，計時也停止，此時電壓值和下落時間值顯示在屏幕上，記錄下相應(yīng)的數(shù)據(jù)，同一油滴測量7次；(7)重新選取油滴進(jìn)行試驗(yàn)，共5次；(8)數(shù)據(jù)處理，求出e值，計算誤差，結(jié)果分析及總結(jié)等。2.動態(tài)法測量(1)選定測量的一段距離（取第2格上線至第7格下線），然后把開關(guān)撥向“下降”，使油滴自由下落；(2)測量油滴勻速下降經(jīng)過選定測量距離所需要的時間tg，為了在按動計時器時有思想準(zhǔn)備，應(yīng)先讓它下降一段距離后再測量；(3)測完tg把K2撥向“平衡”，做好記錄后，再

7、施加400V的上升電壓，將K2撥向“提升”，使油滴勻速上升經(jīng)過原選定的測量距離，測出所需時間te,在整個測量時最好將K2與K3的聯(lián)動斷開。同一油滴測量8次；(4)重新選取油滴進(jìn)行試驗(yàn)，共3次；(5)數(shù)據(jù)處理，求出e值，計算誤差，結(jié)果分析及總結(jié)等。一、結(jié)果與討論表1平衡法測量油滴編號測量序次12平衡電壓tg/sq/C平衡電壓tg/sq/C1241V21.801.17×10-18219V8.435.65×10-182241V22.151.14×10-18219V8.435.65×10-183241V23.071.07×10-18219V8.435.

8、65×10-184240V22.841.09×10-18220V8.305.76×10-185240V23.461.05×10-18220V8.505