密立根油滴实验大学物理实验-精选课件(公开).ppt

实验注意事项 (7) 喷油后应将风口盖住，以防止空气流动对油滴的影响。 (8) 注意跟踪油滴，随时调节显微镜镜筒，不断校准平衡电压,发现平衡电压有明显改变,则应放弃测量，或作为一颗新油滴重新测量； (9) 选择平衡电压80-300V左右，下降2mm时间8-30s的油滴。 (10) 严禁打开油滴盒盖，以免触电。 Thank you 密立根油滴实验 太原理工大学理学院物理与光电工程系物理实验中心 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。 2. 实验仪器 密立根油滴仪 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 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 fr mg 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 (2) 数据表格 ?油滴编号 平衡电压 (V) 平均电压 油滴匀速下降时间 (s) 平均 时间 [q/e] 基本 电荷量 (c) V1 V2 V3 V4 V5 t1 t2 t3 t4 t5 1 2 3 4 5 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