密立根油滴实验资料.ppt

密立根油滴实验 太原理工大学物理与光电工程学院物理实验中心 密立根油滴实验 1907-1913年密立根用在电场和重力场中运动的带电油滴进行实验，发现所有油滴所带的电量均是某一最小电荷的整数倍，该最小电荷值就是电子电荷。 密立根油滴实验获得两项重大的成果： 一是证明了任何带电物体所带的电荷都是基本电荷e的整数倍，并精确测出了基本电荷的数值； 二是明确了电荷的不连续性，即电荷具有量子性。 实验原理 通过带电油滴在电场和重力场中受力和运动情况，测定基本电荷的电量。 实验原理 设质量为m带电量为q的油滴在两平行极板间运动，两极板间电压为U，极板间距为d。则油滴在极板间将同时受到重力和电场力的作用，如图所示。如果调节两极板间的电压U，可使电场力和重力达到平衡，即 电场存在受力图 实验原理 要测定油滴所带的电量q，除了要测出V和d外，还要测出油滴的质量m，下面推导测量m的公式。 实验原理 当两平行极板间不加电压时（即电场不存在时），油滴所受的电场力随之消失，在重力作用下加速下降，同时也受空气阻力(黏滞阻力)作用，根据斯托克斯定律，黏滞阻力为 实验原理 a为油滴的半径,η为空气的黏滞系数，ν为油滴运动的速度。油滴下降一段距离达到某一速度（收尾速度）后，黏滞阻力和重力会平衡（空气浮力忽略不计），油滴将匀速下降. 电场不存在受力图 两平行极板间不加电压时即电场不存在时 实验原理 考虑到油滴半径小到10-6米时，其半径与空气中分子的平均自由程可以比拟，空气不能被认为是连续介质，空气的黏滞系数应做如下修正 b为修正常数，b = 8.22×10-3m·Pa，p为大气压强（单位是Pa），a为未修正过的油滴半径。则修正后油滴半径用为 对于匀速运动的油滴，其下降的距离、所需时间和速度之间的关系为 实验原理 数据记录及处理 (1) 数据处理方法： 已知： 油的密度 ρ = 981 kg/m3 重力加速度 g = 9.797 m / s2 空气的粘滞系数 η = 1.83×10-5 kg /m·s 油滴下降距离 l = 2.00×10-3 m 常数 b = 8.22×10-3m·Pa 大气压 P = 1.013×105Pa 平行极板距离 d = 5.00×10-3 m 将以上数据代入上式得 数据记录及处理 根据公认值处理实验算相对误差 实验目的 (1) 学习密立根油滴实验的设计思想。并测量基本电荷的电量，加深对电荷“量子性”的理解。验证电荷的不连续性。 (2) 通过对带电油滴在重力场和静电场中运动的测量，验证电荷的不连续性，并测定基本电荷值。 (3) 通过对实验仪器的调整，油滴的选择、跟踪和测量，以及实验数据处理等，培养学生严谨的科学实验态度。 实验步骤 -调整仪器 (1) 调整仪器底部的调平螺丝，使水准仪的气泡移到中央，这时平行极板处于水平位置，电场方向和重力平行。 (2 ) 将监视器亮度调低，对比度调到最高。 (3) 将油从油雾室旁的喷雾口喷入（1-2次即可），立刻微调显微镜的调焦手轮，使视场中出现大量清晰的油滴。 选择合适的油滴 (1) 将油滴仪的换向开关K1放在“+”或“-”上，功能键K2置于“平衡”档，观察几颗缓慢运动的油滴，并注视其中的某一颗，微调显微镜，使该油滴很清楚，在80~300V之间仔细调节平衡电压使这颗油滴静止不动。 (2) 分别将K2开关置于“提升”或“0V”，观察到该油滴能够上、下自如运动，然后将其移动在屏幕上某刻度线上，将K2置于“平衡”档， 使之保持平衡。 选择合适的油滴 (3) 将K2置于“0V”档，油滴下移，同时计时器自动计时，当油滴向下运动两个刻度并恰好在刻度线上时，将K2置于“平衡”，计时停止，此时屏幕右上方即显示该油滴运动两个刻度距离的时间。该时间再乘以4则是油滴匀速下降2mm的估算时间，选择这段时间在8~30s的油滴. 正式测量 (1) 将油滴悬于分化板上某条横线附近(最好选择在平行极板之间的中间部分)，以便准确判断出这颗油滴是否达到平衡。观察时间约十几秒，如果油滴在此时间内在平衡位置附近漂移不大，则可认为油滴在平衡状态，此时的电压为平衡电压Vn。 (2) 将油滴用K2控制移动到“起跑线上”，按K3使计时器停止计时，然后将K2置于“0V”，油滴开始匀速下降的同时，计时器开始计时，到“终点”时，迅速将K2置于“平衡”，油滴静止，计时结束。此时的时间为油滴匀速下降2mm所需的时间。 正式测量 (3) 对于同一颗油滴，必须重复测量5次。 (4)