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密立根油滴实验 物理实验教学示范中心 目 录 1、实验目的 2、实验仪器 3、实验原理 4、实验步骤 5、数据记录与处理 6、思考题 一、实验目的 学习用电视显微测量方法，验证电荷的不连续性，掌握测量基本电荷的方法。 学习密立根的物理思想、实验技术和坚忍不拔的科学精神。 二、实验仪器 密立根油滴仪 三、实验原理 用喷雾器将油喷入两块相距为d的水平放置的平行极板之间，油在喷射撕裂成油滴时，一般都带上电荷，假如油滴的质量为m ，所带的电量为q，两极板间的电压为U 。油滴在极板间同时受到重力和电场力两个力的作用。E 为两极板间的电场强度。 四、实验步骤 熟悉仪器的使用 调整仪器 练习控制油滴 练习选择油滴 对同一油滴进行5次测量 每次实验测量5颗油滴 寻找油滴: 如果油滴看不到，或是看不清，可能是CCD的物距不合适，或是监视器的亮度或对比度不合适，应该进行调整。 控制油滴：? 测量数据之前应熟练掌握控制油滴的技巧。方法是：在平行极板上加平衡电压250伏左右，工作电压选择开关置“平衡”档，趋走不需要的油滴，直到剩下几颗缓慢运动的为止。注意其中的一颗，仔细调节平衡电压，使这颗油滴静止不动。然后去掉平衡电压，让它自由下降，下降一段距离后再加“提升”电压，使油滴上升。如此反复多次地进行练习。 选择油滴 测量时间： 实验中需直接测量平衡电压U和油滴匀速下降2毫米距离所用时间t 。平衡电压可从仪器上电压表直接读出。时间t的测量方法如下：将已选择好的油滴升至视野的上方，然后去掉平衡电压，油滴开始下落，即开始计时。运动距离 L（取 L= 1.5mm,6个栅格），计时停止。记时停止后，即恢复平衡电压，油滴静止。然后再扳向“提升”，当油滴上升到上方时，再扳向“平衡”。 重复上述过程，对同一油滴进行4—6次测量，每次测量开始都要重新调节平衡电压。 完成本实验的关键在于控制油滴和选择合适的油滴。测量数据之前应熟练掌握控制油滴的技巧，并选择合适的油滴。否则就会造成实验失败。 实验中选择的油滴不能太大，太大的油滴虽然较亮，但带电量比较多，下降速度较快，时间不容易测准确。太小的油滴布朗运动明显。通常选择平衡电压200伏左右的油滴，这时其大小和带电量比较适当。 五、数据记录与处理 六、思考题 如何用动态法测电荷e值？ 一个油滴下落太快，说明了什么？若平衡电压太小，又说明了什么？ 对油滴进行跟踪测量时，有时油滴逐渐变得模糊，为什么？应如何避免在测量过程中丢失油滴？ 物理实验教学示范中心 * 油雾室 平衡水泡 CCD物镜 极板电压转换开关 计时键 平衡电压调节 CCD 提升、平衡、下降转换开关 联动键 喷雾器 物镜平动旋钮 正负极板 显示器 开关 对比度调节 亮度调节 垂直显示调节 水平显示调节 计时显示 电压显示 如果调节两极板间的电压U 可使重力和电场力平衡，则有关系式： mg f1 f2 此时油滴会静止地悬浮在电场中，并保持平衡。 平行板不加电压时，油滴在空气中自由下落，下落过程中受三个力的作用：重力mg ；空气浮力f1 ；空气对它的阻力f2。 由于表面张力的作用，油滴一般呈小球状。设油滴的密度为ρ ，半径为a ，则油滴的质量m为： 重力及空气浮力可表示为： 空气阻力可表示为： 当油滴下落速度达到某一数值时，油滴所受合外力等于零时，油滴匀速下降。此时有： 当 ??? 时，空气浮力可以忽略。有 实验中油滴半径约为10-6m 左右，此半径与空气分子间的间隙大致相等，因此空气的粘滞系数修改为： 斯托克斯定律修改为： 最终可得： 此式是本实验的基本公式。式中b 为修正常数，b=6.17×10-6米. 厘米汞高，p为大气压强，单位为厘米汞高。 显示器调节：调节监视器的对比度和亮度旋钮使监视器屏幕处于极不太亮又不太暗的状态。 喷油前的准备：工作电压选择：开关扳向“下落”位置，将专用油从喷雾口喷入（只喷一次少量即可），从监视屏上可看到大量的油滴。 选择的油滴不能太大，太大的油滴虽然较亮，但带电量比较多，下降速度较快，时间不容易测准确。太小的油滴布朗运动明显。通常选择平衡电压200伏左右时（需要仔细调节平衡电压），使某个油滴静止不动，然后去掉平衡电压（即把工作电压选择开关扳向“下落”位置），按下计时按钮，寻找在10秒以上时间内匀速下降2毫米的油滴（这时其大小和带电量比较适当）。 注意：每次测量开始都要重新调节平衡电压。 使用OMWIN油滴实验数据处理软件进行数据处理并打印； 在坐标纸上绘出 n-q 图； 找出直线斜率 k ； 根据公