北航基础物理实验研究性实验报告 密立根油滴.docx

高校知识 密立根油滴实验 摘要 密立根油滴实验作为近代物理的代表性实验之一，其设计思想、实验方法等方面具有深入学习的价值。本文针对密立根实验进行了系统的研究与分析，首先从实验重点、实验原理、仪器仪器、实验内容等方面详细介绍密立根油滴实验。然后通过数据处理与误差分析深化对该实验的理解。再通过对实验若干值得探讨的问题进行分析，得到完善实验过程的一些建议，最后对于本实验记录了自己的感想与体会。 【关键词】 密立根油滴、基本电荷值、系统分析。 一、实验重点 = 1 \* GB3 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，并测定基本电荷值 = 2 \* GB3 ②　通过对仪器的调整、油滴的选定、跟踪和测量以及数据的处理，培养学生严谨的科学态度和实验方法 二、实验原理 图1 图1 图1重力与阻力平衡　一个质量为m，带电量为ｑ的油滴处在二块平行极板之间，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，速度为Vg，这时重力与阻力平衡（本文中空气浮力忽略不计），如图1所示。根据斯托克斯定律，粘滞阻力为 图1重力与阻力平衡　 式中是空气的粘滞系数，ａ是油滴的半径，这时有 （１） 图2重力与电场力平衡当在平行极板上加电压V时，油滴处在场强为Ｅ的静电场中，设电场力qＥ与重力相反，如图2所示，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，则油滴将以匀速上升，此时速度为Ｖｅ，则有：　　　 图2重力与电场力平衡 　　　　　　　　　　　（２） 又因为Ｅ＝Ｖ／ｄ　　　 　　　　　　　　　 （３） 由上述（１）、（２）、（３）式可解出 　　　 　（４） 　　为测定油滴所带电荷ｑ，除应测出Ｖ、ｄ和速度Ｖｅ、Ｖｇ外，还需知油滴质量ｍ，由于空气中悬浮和表面张力作用，可将油滴看作圆球，其质量为 　　　　 　　 　　　　　　 （５） 式中是油滴的密度。 　　由（１）和（５）式，得油滴的半径 　　　　 　　　　　　　 　（６） 　　考虑到油滴非常小，空气已不能看成连续媒质，空气的粘滞系数应修正为 　　　　 　　　　　　　　　 　（７） 式中ｂ为修正常数，ｐ为空气压强，ａ为未经修正过的油滴半径，由于它在修正项中，不必计算得很精确，由（６）式计算就够了． 　　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ｔe，则 　　　 　　　　　　　 　（８） 将（５）、（６）、（７）、（８）式代入（４），可得 　　　 　 令　　　 得　　 　/V　　　 （９） 此式是动态（非平衡）法测油滴电荷的公式。 　　下面导出静态（平衡）法测油滴电荷的公式。 　　调节平行极板间的电压，使油滴不动，Ve=0，即ｔｅ?，由（９）式可得 　　　　　 　 或者 　 （１０） 上式即为静态法测油滴电荷的公式。 为了求电子电荷ｅ，对实验测得的各个电荷ｑ求最大公约数，就是基本电荷ｅ的值，也就是电子电荷ｅ，也可以测得同一油滴所带电荷的改变量（可以用紫外线或放射源照射油滴，使它所带电荷改变），这时应近似为某一最小单位的整数倍，此最小单位即为基本电荷ｅ。 三、介绍仪器 实验仪器：油滴盒、CCD电视显微镜、电路箱、监视器。 1．油滴盒 油滴盒是用精加工的平板垫在胶木园环上，在上电极板中心有一个0.4mm的油雾落入孔，在胶木园环上开有显微镜观察孔和照明孔。在油滴盒外套上有防风罩，罩上放置一个可取下的油雾杯，杯底中心有一个落油孔及一个档片，用来开关落油孔。在上电极板上方有一个可以左右拨动的压簧，注意，只有将压簧拨向最边位置，方可取出上极板！为的是保证压簧与电极始终接触良好。 8上盖板 8上盖板 9喷雾口 10油雾孔 11上电极压簧 12 油滴盒基座 1油雾杯 2油雾孔开关 3防风罩 4上电极 5油滴盒 6下电极 7座架 图3 电路箱体内装有高压产生、测量显示等电路。底部装有三只调平手轮，面