實(shí)驗(yàn)報(bào)告---密立根油滴實(shí)驗(yàn)

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1、浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)名稱：密立根油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)電子電荷e二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、通過(guò)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)定電子電荷的電荷值e。2、通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)儀器的調(diào)整、油滴的選擇、耐心地跟蹤和測(cè)量以及數(shù)據(jù)的處理等，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真和一絲不茍的科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法和態(tài)度。3、學(xué)習(xí)和理解密立根利用宏觀量測(cè)量微觀量的巧妙設(shè)想和構(gòu)思。三、儀器用具：密立根油滴實(shí)驗(yàn)儀四、實(shí)驗(yàn)原理：動(dòng)態(tài)測(cè)量法假設(shè)重力場(chǎng)中一個(gè)足夠小油滴的運(yùn)動(dòng)，設(shè)此油滴半徑為，質(zhì)量為，空氣是粘滯流體，故此運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)速度成

2、正比。設(shè)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(zhì)量，為比例系數(shù)，為重力加速度。油滴在空氣及重力場(chǎng)中的受力情況如圖1所示：若此油滴帶電荷為，并處在場(chǎng)強(qiáng)為的均勻電場(chǎng)中，設(shè)電場(chǎng)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(chǎng)中油滴受力示意圖圖1重力場(chǎng)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(cè)量油滴上攜帶的電荷，需要分別測(cè)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(jí)，直接測(cè)量其質(zhì)量也是困難的，為此希望消去，而代之以容易測(cè)量的量。設(shè)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(shí)

3、驗(yàn)內(nèi)容：學(xué)習(xí)控制油滴在視場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，并選擇合適的油滴測(cè)量元電荷。要求至少測(cè)量5個(gè)不同的油滴，每個(gè)油滴的測(cè)量次數(shù)應(yīng)在3次以上。1、調(diào)整油滴實(shí)驗(yàn)儀①水平調(diào)整調(diào)整實(shí)驗(yàn)儀底部的旋鈕(順時(shí)針儀器升高，逆時(shí)針儀器下降)，通過(guò)水準(zhǔn)儀將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)調(diào)平，使平衡電場(chǎng)方向與重力方向平行以免引起實(shí)驗(yàn)誤差。極板平面是否水平?jīng)Q定了油滴在下落或提升過(guò)程中是否發(fā)生前后、左右的漂移。①噴霧器調(diào)整將少量鐘表油緩慢的倒入噴霧器的儲(chǔ)油腔內(nèi)，使鐘表油湮沒(méi)提油管下方，油不要太多，以免實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不慎將油傾倒至油滴盒內(nèi)堵塞落油孔。將噴霧器豎起，用手?jǐn)D壓氣囊，使得提油管內(nèi)充滿鐘表油。②儀器硬件接口連接主機(jī)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(guān)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(diào)整旋鈕自左至右依次為左右調(diào)整、上下調(diào)整、亮度調(diào)整、對(duì)比度調(diào)整。③實(shí)驗(yàn)儀聯(lián)機(jī)使用a．打開實(shí)驗(yàn)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(shè)置界面，首先，設(shè)置實(shí)驗(yàn)方法，然后根據(jù)該地的環(huán)境適當(dāng)設(shè)置重力加速度、油密度、大氣壓強(qiáng)、油滴下落距離。“←”表示左移鍵、“→”表示為右移鍵、“+”表示數(shù)據(jù)設(shè)置鍵。c．按確認(rèn)鍵出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)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(shè)置為“平衡”

5、。⑤CCD成像系統(tǒng)調(diào)整從噴霧口噴入油霧，此時(shí)監(jiān)視器上應(yīng)該出現(xiàn)大量運(yùn)動(dòng)油滴的像。若沒(méi)有看到油滴的像，則需調(diào)整調(diào)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(yùn)動(dòng)選擇適當(dāng)?shù)挠偷?，調(diào)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(diǎn)亮，此時(shí)上下極板同時(shí)接地，電場(chǎng)力為零，油滴將在重力、浮力及空氣阻力的作用下作下落運(yùn)動(dòng)，當(dāng)由滴下落到有0標(biāo)記的刻度線時(shí)，立刻按下定時(shí)開始鍵，同時(shí)計(jì)時(shí)器開始記錄油滴下落的時(shí)間；待油滴下落至有距離標(biāo)志（例如1.6）的格線時(shí)，立即按下定時(shí)結(jié)束鍵，同時(shí)記時(shí)器停止記時(shí)。經(jīng)歷一小段時(shí)間后0V、工作按鍵自動(dòng)切換至“工

6、作”（平衡、提升按鍵處于“平衡”），此時(shí)油滴將停止下落，可以通過(guò)確認(rèn)鍵將此次測(cè)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(diǎn)亮，此時(shí)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(guò)平衡電壓調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)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(chǔ)上再增加200V的電壓，用來(lái)向上提升油滴。①選擇適當(dāng)?shù)挠偷我骱糜偷螌?shí)驗(yàn)，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(cè)準(zhǔn)確。太小則受布朗運(yùn)動(dòng)的影響明顯，測(cè)量時(shí)漲落較大，也不容易測(cè)準(zhǔn)確。因此應(yīng)該選擇質(zhì)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(shí)間在20S（當(dāng)下落距離為2mm時(shí)）左右的油滴進(jìn)行測(cè)量。平衡測(cè)量法：①開啟電源，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)界面將工作狀態(tài)按鍵切換至“工作”，紅色指示燈點(diǎn)亮；將平衡、提升按鍵置于“平衡”。②通過(guò)噴霧口向油滴盒內(nèi)噴入油霧，此時(shí)監(jiān)視器上將出現(xiàn)大量運(yùn)動(dòng)的油滴。選取適當(dāng)?shù)挠偷危屑?xì)調(diào)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(shí)油滴開始下落，當(dāng)油滴下落到有“0”標(biāo)記的格線時(shí)，立即按下定時(shí)開始鍵，同時(shí)計(jì)時(shí)器啟動(dòng)，開始記錄油滴的下落時(shí)間。④當(dāng)油滴下落至有距離標(biāo)記的格線時(shí)（例如：1.6），立