密立根油滴静态法测电荷量子数资料.ppt

* * 密立根油滴实验 ——静态法测量油滴带电的 量子数 一﹑ 实验目的 1．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，加深对电荷量子化理解。 2 . 通过对实验仪器的调整，油滴的选择、跟踪和测量，了解仪器的组成和工作原理。 3. 学习密立根油滴实验的设计思想，实验数据处理方法，培养学生严谨的科学实验态度。 二﹑实验仪器 OM-99型密立根油滴仪、CCD摄像头及监视器、专用喷雾器。 密立根油滴仪包括油滴盒、油滴照明装置、调平系统、测量显微镜、供电电源以及电子停表、喷雾器等部分组成。 【实验仪器】 1、密立根油滴仪 极性：选择电极间电场方向，可选“+”或“-”，实验时保持不变。 平衡：通常置于中间(平衡)，扳向身边（0伏）开始计时，回到中间计时结束。推向前面（提升）可使油滴向上运动。 联动：扳向身边，保持计时器与平衡开关联动状态。 计时停：当不需要计时而正在计时，可按此按钮使计时器停止，无需清零。 平衡电压：调节此旋钮可改变电极之间的电压。 2、电视显示器 显示器屏幕上的线条是油滴仪中电极之间的空间坐标，不同水平线即为电极之间不同高度位置，每两条水平线之间的空间距离为0.25mm，屏幕右上角分别为测量电极之间电压的电压表和记录油滴下落时间的计时器。 3、喷雾器及钟油 喷雾器使用时喷口对准油雾室边上的孔， 用力挤压喷雾器的橡皮气囊，通常喷射三至四下即可找到合适的油滴。 使用时(用完后) 喷口要向上 从喷口处注油 油的液面高度控制在3mm左右 4、喷雾器及喷雾器杯子 喷雾器使用时或闲置时必须保持油滴出口处始终朝上,不得横在桌上或倒置在杯中,以防止油直接流出来。使用过程中要轻拿轻放，避免碰碎喷雾器。 喷油雾时保持喷口冲上，避免将油直接喷出！ 三﹑ 实验原理 油滴在平行极板之间同时受两个力的作用， 一个是重力mg ，一个是静电力 。如果调节两极板之间的电压V，可使两力相互抵消而到平衡，如图1所示。 图1：油滴在两平行极板之间静止 d v q E mg 设油滴的质量为m,所带电量为q，两极板之间的电 压V 静态法测量电子电荷的带电量 平行极板未加电压时，油滴受重力作用而下降，但是由 于空气的粘滞阻力与油滴的速度成正比，油滴下落一小段距 离达到某一速度 后，阻力与重力平衡（空气浮力忽略不 计），油滴将匀速下降。由斯托克斯定律可知 这时 , mg＝q*V/d （1） 式中η是空气的粘滞系数，r是油滴的半径（由于表面张力的原因，油滴总是呈小球状）。 （3） 为了测出油滴所带的电量q，除了需测定V 和d 外，还 需测量油滴的质量m 。因m很小，需要用如下特殊的方法测定。 (2) 设油滴的密度为ρ，油滴的质量m又可以用下式表示 由（2）式和（3）式得到油滴的半径（4）与质量（6） （4） 斯托克斯定律适用于连续介质中球状物体所受的粘滞力。由于油滴甚小，其直径可和空气分子的平均自由程相比拟，所以不能再将空气看成是连续介质，油滴所受粘滞力必将减小，粘滞系数应予以修正。 式中b为一修正常数，b = 6.17 ×10 m·cmHg，p为大气压强，单位为cmHg。用 代替（4）式中的 ，得 （5）