實(shí)驗(yàn)題目：用密立根油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)電子電荷e

PAGE1-5-實(shí)驗(yàn)報(bào)告ＰＢ０５００７２０４李東永實(shí)驗(yàn)題目：用密立根油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)電子電荷e；實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)習(xí)測(cè)量元電荷的方法，并訓(xùn)練物理實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)有的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度與堅(jiān)忍不拔的科學(xué)精神。實(shí)驗(yàn)原理：1）密立根油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)定電子電荷的基本設(shè)計(jì)思想是使帶電油滴在測(cè)量范圍內(nèi)處于受力平衡的狀態(tài)。按油滴作勻速運(yùn)動(dòng)或靜止運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)方式分類(lèi)，油滴法測(cè)電子電荷分動(dòng)態(tài)測(cè)量法和平衡測(cè)量法。在本實(shí)驗(yàn)中采取的是平衡測(cè)量法。2）平衡測(cè)量法：平衡測(cè)量法的出發(fā)點(diǎn)是，使油滴在均勻電場(chǎng)中靜止在某一位置，或在重力場(chǎng)中作勻速運(yùn)動(dòng)。對(duì)油滴的受力分析如右圖所示則當(dāng)油滴在電場(chǎng)中平衡時(shí)，油滴在兩極板間受到電場(chǎng)力qE、重力和浮力達(dá)到平衡，從而靜止某一位置。即：當(dāng)油滴在重力場(chǎng)中作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，則有：a．（油與空氣的密度分別為、，油滴的半徑為r）；b．（為空氣黏度，v為油滴下落速度）所以可以得到：3）元電荷的測(cè)量法測(cè)量油滴上帶的電荷的目的是找出電荷的最小單位e。為此可以對(duì)不同的油滴，分別測(cè)出其所帶的電荷值q，它們應(yīng)近似為某一最小單位的整數(shù)倍，即油滴電荷量的最大公約數(shù)，或油滴帶電量之差的最大公約數(shù)，即為元電荷。所以通過(guò)求出各個(gè)油滴所帶的電荷數(shù)，進(jìn)而就可以求得e值。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：１.選擇大小適中的帶電油滴（一般直徑在1mm左右），調(diào)節(jié)平衡電壓，油滴平衡（平衡電壓一般在50V～450V之間）；２.在重力場(chǎng)中測(cè)油滴下落時(shí)間t，每個(gè)重復(fù)７次，下落距離?。眒m（４格），測(cè)９個(gè)不同的油滴；３.將所有數(shù)據(jù)輸入微機(jī)處理并記錄。原始數(shù)據(jù)：油滴序號(hào)電壓/V下降1mm所需時(shí)間t/s12361.041.021.021.021.001.031.0121341.431.491.421.471.451.461.4532031.341.381.361.321.351.371.3742171.011.021.041.031.031.021.0152551.021.021.001.020.991.031.0362611.051.041.061.061.071.061.0773991.351.341.321.331.361.341.3282220.850.870.860.870.880.860.8891451.321.321.311.281.281.271.33數(shù)據(jù)處理：將實(shí)驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)輸入微機(jī)，處理結(jié)果如下：第K粒油滴平均值電荷q/C電子數(shù)ne/C誤差K=14.428e-172761.603e-190.0869%K=24.558e-172841.603e-190.0882%K=33.342e-172081.602e-190.0340%K=44.795e-172991.601e-190.0472%K=54.115e-172571.600e-190.12%K=63.784e-172361.601e-190.0335%K=71.736e-171081.599e-190.175%K=86.210e-173751.603e-190.0641%K=94.980e-173111.601e-190.0445%總平均值——————1.601e-190.0145%注意事項(xiàng)：防止油污染ＣＣＤ鏡頭；防止損壞噴霧器（無(wú)處購(gòu)買(mǎi)）；在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要控制好電壓的范圍在50V～450V之間；選油滴的過(guò)程中要盡量控制好油滴的大小，否則大的油滴雖然比較亮，但一般帶的電荷多，下降速度太快，不容易測(cè)準(zhǔn)確；太小則受布朗運(yùn)動(dòng)影響明顯，測(cè)量結(jié)果漲落很大，也不容易測(cè)準(zhǔn)確。因此應(yīng)該選擇質(zhì)量適中，而帶電不多的油滴。誤差分析：本實(shí)驗(yàn)中的誤差主要來(lái)源于對(duì)油滴的位移的控制上，因?yàn)橛偷蔚乃俣缺容^快，所以若要控制油滴的位移正好為4格（即1mm）有些困難，因此由于位移控制得不準(zhǔn)確，所以就會(huì)造成一些誤差。另外，油滴上電荷的改變也是造成實(shí)驗(yàn)誤差的原因之一。思考題：１．為什么必須使用油滴作勻速運(yùn)動(dòng)或靜止？實(shí)驗(yàn)室中如何保證油滴在測(cè)量范圍內(nèi)作勻速運(yùn)動(dòng)？答：1.因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)中采用的測(cè)量方法為平衡測(cè)量法，而且讓油滴作勻速運(yùn)動(dòng)或靜止的時(shí)候油滴不具有加速度，減少了測(cè)量時(shí)的步驟，而此時(shí)油滴的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也比較容易分析，因此做出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也比較準(zhǔn)確，所以使油滴做勻速運(yùn)動(dòng)或靜止；2.使油滴開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度足夠大，這樣油滴加速的時(shí)間就比較短，這樣在一定的誤差范圍內(nèi)就可以認(rèn)為油滴作勻速運(yùn)動(dòng)。２．怎樣區(qū)別油滴上電荷的改變和測(cè)量時(shí)間的誤差？答：因?yàn)橛偷紊想姾傻母淖兙哂蟹较蛐?，而測(cè)量時(shí)間的誤差具有隨機(jī)性，所以將測(cè)量出的時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)值相比較：若測(cè)量出的時(shí)間只分布在標(biāo)準(zhǔn)值的某一側(cè)，則有極大的可能是由油滴上電荷的改變而造成的誤差；若測(cè)量出的時(shí)間分布在標(biāo)準(zhǔn)值的兩側(cè)，且基本符合隨機(jī)誤差分布原理，則最可能是在測(cè)量時(shí)間過(guò)程中產(chǎn)生的誤差。由于測(cè)量次數(shù)極為有限，并且反應(yīng)時(shí)間的誤差可能會(huì)覆蓋電荷改變引起的時(shí)間