實驗報告---密立根油滴實驗

1、精品文檔浙江大學寧波理工學院物理實驗報告一、實驗名稱：密立根油滴實驗測電子電荷e二、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。三、儀器用具：密立根油滴實驗儀四、實驗原理：動態(tài)測量法假設重力場中一個足夠小油滴的運動，設此油滴半徑為 r，質量為mi，空氣是粘滯流體，故此運動油滴除重力和浮力外還受粘滯阻力的作用。由斯托克斯定律，(1)粘滯阻力與物體運動

2、速度成正比。設油滴以速度 Vf勻速下落，則有mig m2g Kv f此處m2為與油滴同體積的空氣質量，K為比例系數(shù)，g為重力加速度。油滴 在空氣及重力場中的受力情況如圖1所示：若此油滴帶電荷為q，并處在場強為E的均勻電場中，設電場力qE方向與重力 方向相反，如圖2所示，如果油滴以速度vr勻速上升，則有(2)qE (m m(2)g KvfKvI m2Om.圖1重力場中油滴受力示意圖I qEm2gI Kvrf mig圖2電場中油滴受力示意圖由式（1）和（2）消去K ,可解出q為(mi m)2)g(VfEvfVr)由式（3）可以看出，要測量油滴上攜帶的電荷（3）q，需要分別測出m1、m2、E、Vf、

3、Vr等物理量由噴霧器噴出的小油滴的半徑r是微米數(shù)量級，直接測量其質量m也是困難的, 為此希望消去mi，而代之以容易測量的量。設油與空氣的密度分別為 1、 2，于 是半徑為r的油滴的視重為43me m2g 3 r （ 1 2）g（4）五、實驗內容：學習控制油滴在視場中的運動，并選擇合適的油滴測量元電荷。要求至少測量 5個不同的油滴，每個油滴的測量次數(shù)應在 3次以上。1、調整油滴實驗儀 水平調整調整實驗儀底部的旋鈕（順時針儀器升高，逆時針儀器下降），通過水準儀 將實驗平臺調平，使平衡電場方向與重力方向平行以免引起實驗誤差。極板平面是否水平?jīng)Q定了油滴在下落或提升過程中是否發(fā)生前后、左右的漂移。 噴霧

4、器調整將少量鐘表油緩慢的倒入噴霧器的儲油腔內，使鐘表油湮沒提油管下方， 油不要太多，以免實驗過程中不慎將油傾倒至油滴盒內堵塞落油孔。將噴霧器 豎起，用手擠壓氣囊，使得提油管內充滿鐘表油。 儀器硬件接口連接主機接線：電源線接交流220V/50HZ ;Q9視頻輸出接監(jiān)視器視頻輸入（IN） 監(jiān)視器：輸入阻抗開關撥至75（ ohm，Q9視頻線纜接IN輸入插座。電源線接220V/50HZ交流電壓。前面板調整旋鈕自左至右依次為左右調整、上下 調整、亮度調整、對比度調整。 實驗儀聯(lián)機使用a. 打開實驗儀電源及監(jiān)視器電源，監(jiān)視器出現(xiàn)歡迎界面b. 按任意鍵：監(jiān)視器出現(xiàn)參數(shù)設置界面，首先，設置實驗方法，然后根據(jù)

5、該地的環(huán)境適當設置重力加速度、油密度、大氣壓強、油滴下落距離。“J”表示左移鍵、“t”表示為右移鍵、“ +”表示數(shù)據(jù)設置鍵。c. 按確認鍵出現(xiàn)實驗界面：將工作狀態(tài)切換至“工作”，紅色指示燈亮， 將平衡、提升按鍵設置為“平衡”。 CCD成像系統(tǒng)調整從噴霧口噴入油霧，此時監(jiān)視器上應該出現(xiàn)大量運動油滴的像。若沒有看到油 滴的像，則需調整調焦旋鈕或檢查噴霧器是否有油霧噴出，直至得到油滴清晰的圖 像。 控制油滴的運動選擇適當?shù)挠偷?，調整平衡電壓，使油滴平衡在某一格線上，將工作狀態(tài) 按鍵切換至“ 0 V”，綠色指示燈點亮，此時上下極板同時接地，電場力為零， 油滴將在重力、浮力及空氣阻力的作用下作下落運動，

6、當由滴下落到有0標記 的刻度線時，立刻按下定時開始鍵，同時計時器開始記錄油滴下落的時間；待 油滴下落至有距離標志（例如1.6 ）的格線時，立即按下定時結束鍵，同時記 時器停止記時。經(jīng)歷一小段時間后 0V、工作按鍵自動切換至“工作”（平衡、 提升按鍵處于“平衡”），此時油滴將停止下落，可以通過確認鍵將此次測量數(shù) 據(jù)記錄到屏幕上。將工作狀態(tài)按鍵切換至“工作”，紅色指示燈點亮，此時儀器根據(jù)平衡或提 升狀態(tài)分兩種情形：若置于“平衡”，則可以通過平衡電壓調節(jié)旋鈕調整平衡電 壓；若置于“提升”，則極板電壓將在原平衡電壓的基礎上再增加 200V的電壓, 用來向上提升油滴。選擇適當?shù)挠偷我骱糜偷螌嶒?，所選的

7、油滴體積要適中，大的油滴雖然明亮，但一般帶 的電荷多，下降或提升太快，不容易測準確。太小則受布朗運動的影響明顯， 測量時漲落較大，也不容易測準確。因此應該選擇質量適中而帶電不多的油滴。 建議選擇平衡電壓在150-400V之間、下落時間在20S（當下落距離為2mm寸） 左右的油滴進行測量。平衡測量法： 開啟電源，進入實驗界面將工作狀態(tài)按鍵切換至 “工作”，紅色指示燈點亮； 將平衡、提升按鍵置于“平衡”。 通過噴霧口向油滴盒內噴入油霧，此時監(jiān)視器上將出現(xiàn)大量運動的油滴。選取適當?shù)挠偷?，仔細調整平衡電壓，使其平衡在某一起始格線上（見后面平衡法 示意圖）。 將工作狀態(tài)按鍵切換至“ 0V,此時油滴開始下

8、落，當油滴下落到有“ 0” 標記的格線時，立即按下定時開始鍵，同時計時器啟動，開始記錄油滴的下落時間。 當油滴下落至有距離標記的格線時（例如：1.6），立即按下定時結束鍵， 同時記時器停止記時（如無人為干預，經(jīng)過一小段時間后，工作狀態(tài)按鍵自動切換至“工作”，油滴將停止移動），此時可以通過確認按鍵將測量結果記錄在屏幕上。 將平衡、提升按鍵置于“提升”，油滴將被向上提升，當回到高于有“ 0” 標記格線時，將平衡、提升鍵置回平衡狀態(tài)，使其靜止。 重新調整平衡電壓，重復，并將數(shù)據(jù)記錄到屏幕上（平衡電壓 V及 下落時間t ）。當達到5次記錄后，按確認鍵，界面的左面出現(xiàn)實驗結果。 重復步，測出油滴的平均電

9、荷量至少測5個油滴，并根據(jù)所測得的平均電荷量 Q求出它們的最大公約數(shù)，即為 基本電荷e值（需要足夠的數(shù)據(jù)統(tǒng)計量）。根據(jù)e的理論值，計算出e的相對誤差。數(shù)據(jù)記錄：單位x 10-19CQ1Q2Q3Q4Q513. 2594. 8503. 1187. 986.3. 22723. 1854. 7843. 2438. 0233. 28433. 0764. 8863. 2478. 0613. 18343. 3074. 9023. 1897. 7513. 20753. 2084. 8993. 0997. 9853. 187平均3. 2074. 8643. 1797. 9553. 218六、數(shù)據(jù)處理：驗證實驗數(shù)據(jù)：假定電子的電荷 e=1.602 x 10-19CN仁Q1/e=3.207/1.602 2N2=Q2/e=4.864/1.602 3N3=Q3/e=3.179/1.602 2N4=Q4/e=7.955/1.602 5N5=Q5/e=3.218/1.602 2分別用每個油滴所帶的電量 Q除以其所含有的電子個數(shù)并求其平