密立根油滴实验密立根简介历史背景及意义实验原理 舎TML_BODY.ppt

密立根油滴实验 密立根简介 历史背景及意义 实验原理 数据处理 参考数值 思考与讨论 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： 2 “最大公约数法” 此法需要大量的油滴数据，计算出各油滴的电荷后，求它们的最大公约数，即为基本电荷e值。此法是在不知道单位电荷的公认值的前提下，从对实验数据的处理中获得单位电荷的实验值。这样比较符合研究物理实验的规律，而且此法在理论上容易让学生接受。然而在实际处理中是件比较困难的事，第一必须测量大量的油滴数据，第二必须具备较好的数学功底，所以在实验中不易实现。 3 “二维作图法” 建立二维坐标，将所测的带电油滴数据Qi标于纵坐标轴，并通过这些点作平行于横轴的直线。然后沿横轴等间隔地描出若干个点，沿这些点作平行于纵轴的直线，于是在坐标上形成网格，横纵直线的交点称为节点，用一条过原点且与纵轴重合的直线按顺时针方向扫，当恰好在某一位置使得线上的节点最多，则这条直线刚好满足直线方程Qi=nie，而此线的斜率即为基本电荷电量的实验值e。 山西大学物理实验中心 * * 山西大学物理实验中心 * * 山西大学物理实验中心 * * 山西大学物理实验中心 * * 山西大学物理实验中心 * * 山西大学物理实验中心 * * 山西大学物理实验中心 * * 山西大学物理实验中心 密立根 (Bobert Andrew Millikan) 美国物理学家。1868?年3月22日生于伊利诺伊州的莫里森，1953年12月19日卒于加利福尼亚萨迪纳?。1893?年取得奥伯林大学硕士学位。1895年获哥伦比亚大学博士学位后留学欧洲。1896年回国任教于芝加哥大学。 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A.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。1921年任加利福尼亚理工学院布里奇物理实验室主任，并领导一批物理学家研究宇宙射线，其中最重要的成就是C.D.安德森在1932年发现正电子。 密立根油滴实验在近代物理学发展中占有非常重要的地位,该实验清楚地证明了电荷的颗粒性,并确定了最小单位电荷的量值。开设这个实验,不仅是为了掌握一种实验方法,或验证一下前人已经验证过的定律,更重要的是通过实验使学生独立思考,掌握一种发现物理规律的方法———通过本实验发现电荷的颗粒特性,并确定电荷的最小值。 一个电子所带的电荷量是现代物理学重要的基本常数之一。1897年汤姆逊测定了阴极射线的荷质比，证实了阴极射线是带电荷有质量的离子，从而证实了电子的存在。美国杰出的物理学家密立根，从1906年起就致力于细小油滴带电量的测量，他用了11年时间，经过多次重大改进，终于以上千个油滴的确凿实验数据得出基本电荷的电量e=(1.5924±0.0017)×10-19C，首先直接证实了电荷的量子性，即任何电量都是基本电荷的整数倍，这个基本电荷就是电子所带的电荷，密立根因测出电子电荷及其他方面的贡献，荣获1923年度诺贝尔物理奖。 ?动态法测油滴带电量（非平衡法） d U qE mg 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： mg vg 这时有 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： mg ve 所以带电油滴的电量为： 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： 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 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 ?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