密立根油滴實(shí)驗(yàn)報(bào)告.pdf

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1、實(shí)驗(yàn)29密立根油滴實(shí)驗(yàn)——電子電荷的測(cè)量實(shí)驗(yàn)人：程昌09327100合作人：雷澤雨09327104理工學(xué)院光信息專業(yè)實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2011年4月29日，5月13日實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：1號(hào)由美國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家密立根(R.A.Millikan)首先設(shè)計(jì)并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(gè)十分重要的實(shí)驗(yàn)。它證明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(cè)定了基本電荷的數(shù)值，為從實(shí)驗(yàn)上測(cè)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(jì)巧妙，原理清楚，設(shè)備簡(jiǎn)單，結(jié)果準(zhǔn)確，所以它歷來是一個(gè)著

2、名而有啟發(fā)性的物理實(shí)驗(yàn)。多少年來,在國(guó)內(nèi)外許多院校的理化實(shí)驗(yàn)室里，為千千萬萬大學(xué)生重復(fù)著.通過學(xué)習(xí)密立根油滴實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)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)?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.通過對(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)定電子的電荷值e。2.通過實(shí)驗(yàn)過程，對(duì)儀器的調(diào)整、油滴的選擇、耐心的跟蹤和測(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1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?！緦?shí)驗(yàn)儀器】密立根油滴儀——包括水平放置的平行極板（油滴盒），調(diào)平裝置，照明裝置，顯

3、微鏡，電源，計(jì)時(shí)器（數(shù)字毫秒表），改變油滴帶電量從q到q’的裝置，實(shí)驗(yàn)油，噴霧器等。MOD－5型密立根油滴儀的基本外形和具體結(jié)構(gòu)示于圖1:圖1密立根油滴儀器【實(shí)驗(yàn)原理】用油滴法測(cè)量電子的電荷有兩種基本方法，分別是靜態(tài)（平衡）測(cè)量法和動(dòng)態(tài)（非平衡）測(cè)量法，也可以通過改變油滴的帶電量，用靜態(tài)法或動(dòng)態(tài)法測(cè)量油滴帶電量的改變量。1．靜態(tài)（平衡）測(cè)量法用噴霧器噴入油滴于間距為d的兩平行極板間。油在噴射撕裂成油滴時(shí)，一般都是帶電的。設(shè)油滴的質(zhì)量為m，所帶電量為q，兩極板間的電壓為V，如圖2所示。調(diào)節(jié)V，使：Vmg?qE?q（1）d由（1），要

4、測(cè)得q，除了測(cè)定平衡電壓V和極板間距離d外，還需測(cè)量油滴的質(zhì)量m，測(cè)量m的方法如下：平行板不加電壓時(shí)，油滴加速下降，當(dāng)速率達(dá)到vg時(shí)，阻力fr和重力mg平衡，油滴勻速下降。如圖3，據(jù)斯托克斯定律：圖2圖32fr?6?a?vg?mg（2）其中η是空氣的粘滯系數(shù)，a是油滴的半徑（由于表面張力的原因，油滴總是呈小球狀）。設(shè)油的密度為ρ，油滴的質(zhì)量m可以用下式表示43m??a?（3）3由（2）、（3）可得油地半徑9?vga?（4）2?g-6對(duì)于半徑小到10m的小球，空氣的粘滯系數(shù)η應(yīng)作如下修正：'???b1?pa此時(shí)，斯托克斯定律應(yīng)改為：

5、6?a?vgfr?b1?pa-6其中b為修正常數(shù)，b=6.17×10m/cmHg，p為大氣壓，單位為cmHg。因此9?vg1a?（5）2?gb1?pa將（5）代入（3），得：32????49?vg1m????（6）3?2?gb?1???pa??油滴獄勻速降的速度vg可由以下方法測(cè)得：當(dāng)兩極板間電壓為零時(shí)，設(shè)油滴勻速下降的距離為l，所需時(shí)間為t，則有：lvg?（7）tg將（7）代入（4），再將（6）代入（1），可得油滴帶電量的理論公式：32????18???l?dq?（8）2?g???b???V?tg?1?????????pa???

6、?32．動(dòng)態(tài)（非平衡）測(cè)量法在兩板間加適當(dāng)電壓V，但并不調(diào)節(jié)V使mg=qE，而是使油滴在靜電力的作用下加速上升。由于阻力fr的作用，油滴上升一段距離速率達(dá)到ve后，fr、mg和qE達(dá)到平衡（空氣浮力忽略不計(jì)），油滴將勻速上升，如圖4所示，這時(shí)V6?a?vg?q?mg（9）d當(dāng)去掉V后，油滴受重力而加速下降。當(dāng)mg與fr平衡時(shí)，有：6??vg?mg（10）將（9）、（10）相除，得：圖4Vq?mgved?（11）vgmg即：d?vg?ve?q?mg??（12）V?vg?實(shí)驗(yàn)時(shí)取油滴勻速下降和上升的距離相等，都取l，測(cè)出下降和上升的時(shí)

7、間分別為tg和te，則：llvg?,ve?（13）tgte將（13）、（6）代入（12），得：32??18???l?d11112????q????????（14）2?g?b?V?tetg??tg?1???pa??令32????18??lK???d（15）2?g?b?1???pa??則12?11??1?1q?K?????（16）?tetg??tg?V從實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以分析當(dāng)q只能為某一數(shù)值的整數(shù)倍，從而得到一個(gè)電子的電荷值e?qn（17）3．測(cè)量油滴帶電量的改變量4，vg油滴所帶電量從q變到q’，勻速上升的速度從ve變到v（e在V不變

8、的情b況下），而‘不變，測(cè)出上升l距離的時(shí)間te，則：''ve?lte（18）與（16）比較得12'?11??1?1q?K?????（19）'?tetg??tg?V油滴改變量為：12'?11??1?1qi?q?q?K?????（20）'?tete?