密立根油滴實驗--實驗報告(共6頁)

1、密立根油滴實驗-實驗報告實驗目的 1、 通過對帶電油滴在重力場和靜電場中運動的測量，驗證電荷的不連續(xù)性，并測定電子電荷的電荷值e。 2、 通過實驗過程中，對儀器的調整、油滴的選擇、耐心地跟蹤和測量以及數(shù)據(jù)的處理等，培養(yǎng)學生嚴肅認真和一絲不茍的科學實驗方法和態(tài)度。 3、 學習和理解密立根利用宏觀量測量微觀量的巧妙設想和構思。二、實驗原理：一、實驗原理1、靜態(tài)（平衡）測量法 用噴霧器將油滴噴入兩塊相距為d的平行極板之間。油在噴射撕裂成油滴時，一般都是帶電的。設油滴的質量為m，所帶的電量為q，兩極板間的電壓為V ，如圖 1 所示。 圖1如果調節(jié)兩極板

2、間的電壓V ，可使兩力達到平衡，這時： (1)為了測出油滴所帶的電量q，除了需測定平衡電壓V 和極板間距離d 外，還需要測量油滴的質量m。因m很小，需用如下特殊方法測定：平行極板不加電壓時，油滴受重力作用而加速下降，由于空氣阻力的作用，下降一段距離達到某一速度后，阻力與重力mg平衡，如圖 2 所示（空氣浮力忽略不計），油滴將勻速下降。此時有： (2)其中是空氣的粘滯系數(shù)，是油滴的半徑。經(jīng)過變換及修正，可得斯托克斯定律： (3)其中b是修正常數(shù)， b=6.17×10-6m·cmHg,p為大氣壓強，單位為厘米汞高。 圖2至于油滴勻速下降的速度，可用下法測出：當兩極板間的電壓V為

3、零時,設油滴勻速下降的距離為，時間為t ，則 (4)最后得到理論公式： (5)2、動態(tài)（非平衡）測量法非平衡測量法則是在平行極板上加以適當?shù)碾妷篤 ，但并不調節(jié)V 使靜電力和重力達到平衡，而是使油滴受靜電力作用加速上升。由于空氣阻力的作用，上升一段距離達到某一速度 后，空氣阻力、重力與靜電力達到平衡（空氣浮力忽略不計），油滴將勻速上升，如圖 3 所示。這時： （6）圖3當去掉平行極板上所加的電壓V 后，油滴受重力作用而加速下降。當空氣阻力和重力平衡時，油滴將以勻速 下降，這時： （7）化簡，并把平衡法中油滴的質量代入，得理論公式： （8）三、實驗儀器： 根據(jù)實驗原理，實驗儀器密立根油滴儀，應包

4、括水平放置的平行極板（油滴盒），調平裝置，照明裝置，顯微鏡，電源，計時器（數(shù)字毫秒計），改變油滴帶電量從q變到q的裝置，實驗油，噴霧器等。MOD5 型密立根油滴儀的基本外形和具體結構示于圖 4。四、實驗數(shù)據(jù)處理：思考題(1)若平行極板不水平，對測量有何影響？ 若不水平，油滴不會垂直運動，運動距離難以計算，且垂直方向平衡時收到的力大于重力(2)如何選擇合適的油滴進行測量？ 下落0.2mm用時15到30s之間，所加電壓大于200 (3)為什么要靜止和勻速？實驗上怎樣做才能保證油滴做勻速運動？ 靜止或勻速時油滴才能受力平衡。從起始線靜止開始，過一段時間經(jīng)過下方測量線再開始測量(4)怎樣區(qū)別油滴所帶電荷量的改變和測量時間的誤差？ 如果平衡電壓變化過大，則說明帶電量發(fā)生了改變(5)為什么向油霧室噴油時要使兩極板短路 使其中不存在電場，大量油滴可以通過重力自然進入兩基板之間。五總結本實驗利用電壓、運動時間等這些可以直接測量和控制的宏觀物理量來實現(xiàn)對微觀物理量電子電量的測量。把宏觀的電量通過油滴這個在宏觀微小但在微觀又較大的媒介與微觀的電子電量聯(lián)系起來，可以說是一種極其有創(chuàng)造力的做法。在測量的過程中，關鍵點在于如何找到合適的油滴，這十分要求實驗者的耐心和觀察能力。比較的方式是找到大量油滴后將電