密立根油滴实验(大学近代物理实验).ppt

密立根油滴实验 美国物理学家。 1907～1913年间做了一连串实验，用带电油滴准确地测定电子的电荷值，还验证了爱因斯坦的光电效应方程，取得了普朗克常数的精密数值。因在基本电荷和光电效应方面的研究而获得1923年诺贝尔物理学奖。 密立根简介 密立根（Robert Andrews Millikan） 了解密立根油滴实验仪的结构以及利用油滴测定电子电荷的设计思想和方法 了解CCD图像传感器的原理和电视显微测量方法 验证电荷的量子性，并测定电子的电荷值 实验目的 OM98CCD 密立根油滴仪 实验仪器 实验原理 动态法测油滴带电量（非平衡法） 一个质量为m、带电量为q的油滴处在两块平行极板之间，在平行极板未加电压时，油滴受重力作用而加速下降。由于空气阻力的作用，下降一段距离后，油滴将作匀速运动，其速度为vg，这时重力与阻力平衡（空气浮力忽略不计）。 根据斯托克斯定律，粘滞阻力为： 这时有 实验原理 当在平行极板上加电压U时，油滴处在场强为E的静电场中，设电场力qE与重力相反，使油滴受电场力加速上升，由于空气阻力作用，上升一段距离后，油滴所受的空气阻力、重力与电场力达到平衡（空气浮力忽略不计），油滴将以匀速上升，此时速度为ve ,则有： 所以由（2）、（3）、（4）得带电油滴的电量为： 实验原理 为测定油滴所带电荷q，除应测出U、d 和速度vg、ve 外，还需知油滴质量m。由于空气 的悬浮 和表面张力 作用，可将油滴看作 均匀的圆球 ，其质量为： 由（2）和（6）式得油滴的半径 为 实验时取油滴匀速下降和匀速上升的距离相等 ，设都为l，测出油滴匀速下降 的时间tg ,匀速上升的时间为te ,则 实验原理 粘滞系数η的修正式: 式中，b为修正常数，p为空气压强，a为油滴半径。 由以上公式联立，求得油滴带电量为 实验中油滴的半径很小，所以其周围的空气介质不能看作是连续的 ，所以空气的粘滞系数必须进行必要的修正。 实验原理 令常数K为 则电量q为 实验原理 静态法测油滴带电量（平衡法） 调节平行板间的电压，使油滴不动，ve=0，即te→∞,由式(10)可求得： 上式即为静态法测油滴电荷的公式，电压U是恰好能够使带电油滴静止在电场中所需电压，我们称它为平衡电压。 实验内容 1、调整仪器 调仪器底部左右两只调平螺丝，使水准泡 指示水平，这时平行极板处于水平位置。 将油 从油雾室的喷雾口喷入（喷一次即可），微调测量显微镜的调焦手轮，这时视场中出现大量清晰的油滴 ，如夜空繁星。 2、练习测量 试加上平衡电压（200V左右），改变其大小，驱散不需要的油滴，练习控制其中一颗油滴的运动。 实验内容 注视其中的某一颗，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，经过一定距离，油滴匀速下降，下降一段距离后再加上平衡电压和提升电压，使油滴上升。 如此反复多次 地进行练习，以掌握控制 油滴的方法。记录油滴经过两条横丝间距所用的时间。 实验内容 3、用平衡法测量 将已调平衡的油滴用“提升”控制移到起跑线上，然后拨向“ 0V ”，油滴开始匀速下降（从第二道线）的同时，计时器开始计时，当油滴到终点时（倒数第二道线处），计时立即停止，迅速 将电压拨至“ 平衡 ”，然后“ 提升 ”。 重复上述过程(5次以上)，分别记录平衡电压和匀速下降时间 tg 。 注意：每次测量都需检查平衡电压，分别记下不同的平行板电压值。 数据处理 注意事项 测量油滴匀速下降一段距离l所需要的时间tg时，应先让油滴下降一段距离后再测量时间。 选定测量的一段距离l，应该在平行板之间的中央部分，即视场中分划板的中央部分。 注意事项 若太靠近上 电极板，小孔附近有气流，电场也不均匀，会影响测量结果。若太靠近下电极板，测量完时间tg后，油滴容易丢失，影响测量。 已知参数值 钟油密度： 空气粘滞系数： 重力加速度 ： 修正常数 ： 大气压强： 平行极板间距 ： 油滴运动的距离：