實(shí)驗(yàn)報(bào)告---密立根油滴實(shí)驗(yàn)

1、精品文檔浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)名稱：密立根油滴實(shí)驗(yàn)測(cè)電子電荷e二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、通過(guò)對(duì)帶電油滴在重力場(chǎng)和靜電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的測(cè)量，驗(yàn)證電荷的不連續(xù)性，并測(cè) 定電子電荷的電荷值e。2、通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)儀器的調(diào)整、油滴的選擇、耐心地跟蹤和測(cè)量以及數(shù)據(jù)的 處理等，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真和一絲不茍的科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法和態(tài)度。3、學(xué)習(xí)和理解密立根利用宏觀量測(cè)量微觀量的巧妙設(shè)想和構(gòu)思。三、儀器用具：密立根油滴實(shí)驗(yàn)儀四、實(shí)驗(yàn)原理：動(dòng)態(tài)測(cè)量法假設(shè)重力場(chǎng)中一個(gè)足夠小油滴的運(yùn)動(dòng)，設(shè)此油滴半徑為 r，質(zhì)量為mi，空氣是粘滯流體，故此運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)

2、速度成正比。設(shè)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(zhì)量，K為比例系數(shù)，g為重力加速度。油滴 在空氣及重力場(chǎng)中的受力情況如圖1所示：若此油滴帶電荷為q，并處在場(chǎng)強(qiáng)為E的均勻電場(chǎng)中，設(shè)電場(chǎng)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(chǎng)中油滴受力示意圖I qEm2gI Kvrf mig圖2電場(chǎng)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(cè)量油滴上攜帶的電荷（3）q，需要分別測(cè)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(jí)，直接測(cè)量其質(zhì)量m也是困難的, 為此希望消去mi，而代之以容易測(cè)量的量。設(shè)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容：學(xué)習(xí)控制油滴在視場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，并選擇合適的油滴測(cè)量元電荷。要求至少測(cè)量 5個(gè)不同的油滴，每個(gè)油滴的測(cè)量次數(shù)應(yīng)在 3次以上。1、調(diào)整油滴實(shí)驗(yàn)儀 水平調(diào)整調(diào)整實(shí)驗(yàn)儀底部的旋鈕（順時(shí)針儀器升高，逆時(shí)針儀器下降），通過(guò)水準(zhǔn)儀 將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)調(diào)平，使平衡電場(chǎng)方向與重力方向平行以免引起實(shí)驗(yàn)誤差。極板平面是否水平?jīng)Q定了油滴在下落或提升過(guò)程中是否發(fā)生前后、左右的漂移。 噴霧

4、器調(diào)整將少量鐘表油緩慢的倒入噴霧器的儲(chǔ)油腔內(nèi)，使鐘表油湮沒(méi)提油管下方， 油不要太多，以免實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不慎將油傾倒至油滴盒內(nèi)堵塞落油孔。將噴霧器 豎起，用手?jǐn)D壓氣囊，使得提油管內(nèi)充滿鐘表油。 儀器硬件接口連接主機(jī)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(kāi)關(guān)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(diào)整旋鈕自左至右依次為左右調(diào)整、上下 調(diào)整、亮度調(diào)整、對(duì)比度調(diào)整。 實(shí)驗(yàn)儀聯(lián)機(jī)使用a. 打開(kāi)實(shí)驗(yàn)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(shè)置界面，首先，設(shè)置實(shí)驗(yàn)方法，然后根據(jù)

5、該地的環(huán)境適當(dāng)設(shè)置重力加速度、油密度、大氣壓強(qiáng)、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(shè)置鍵。c. 按確認(rèn)鍵出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)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(shè)置為“平衡”。 CCD成像系統(tǒng)調(diào)整從噴霧口噴入油霧，此時(shí)監(jiān)視器上應(yīng)該出現(xiàn)大量運(yùn)動(dòng)油滴的像。若沒(méi)有看到油 滴的像，則需調(diào)整調(diào)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(yùn)動(dòng)選擇適當(dāng)?shù)挠偷危{(diào)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(diǎn)亮，此時(shí)上下極板同時(shí)接地，電場(chǎng)力為零， 油滴將在重力、浮力及空氣阻力的作用下作下落運(yùn)動(dòng)，

6、當(dāng)由滴下落到有0標(biāo)記 的刻度線時(shí)，立刻按下定時(shí)開(kāi)始鍵，同時(shí)計(jì)時(shí)器開(kāi)始記錄油滴下落的時(shí)間；待 油滴下落至有距離標(biāo)志（例如1.6 ）的格線時(shí)，立即按下定時(shí)結(jié)束鍵，同時(shí)記 時(shí)器停止記時(shí)。經(jīng)歷一小段時(shí)間后 0V、工作按鍵自動(dòng)切換至“工作”（平衡、 提升按鍵處于“平衡”），此時(shí)油滴將停止下落，可以通過(guò)確認(rèn)鍵將此次測(cè)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(diǎn)亮，此時(shí)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(guò)平衡電壓調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)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(chǔ)上再增加 200V的電壓, 用來(lái)向上提升油滴。選擇適當(dāng)?shù)挠偷我骱糜偷螌?shí)驗(yàn)，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(cè)準(zhǔn)確。太小則受布朗運(yùn)動(dòng)的影響明顯， 測(cè)量時(shí)漲落較大，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。 建議選擇平衡電壓在150-400V之間、下落時(shí)間在20S（當(dāng)下落距離為2mm寸） 左右的油滴進(jìn)行測(cè)量。平衡測(cè)量法： 開(kāi)啟電源，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)界面將工作狀態(tài)按鍵切換至 “工作”，紅色指示燈點(diǎn)亮； 將平衡、提升按鍵置于“平衡”。 通過(guò)噴霧口向油滴盒內(nèi)噴入油霧，此時(shí)監(jiān)視器上將出現(xiàn)大量運(yùn)動(dòng)的油滴。選取適當(dāng)?shù)挠偷?，仔?xì)調(diào)整平衡電壓，使其平衡在某一起始格線上（見(jiàn)后面平衡法 示意圖）。 將工作狀態(tài)按鍵切換至“ 0V,此時(shí)油滴開(kāi)始下

8、落，當(dāng)油滴下落到有“ 0” 標(biāo)記的格線時(shí)，立即按下定時(shí)開(kāi)始鍵，同時(shí)計(jì)時(shí)器啟動(dòng)，開(kāi)始記錄油滴的下落時(shí)間。 當(dāng)油滴下落至有距離標(biāo)記的格線時(shí)（例如：1.6），立即按下定時(shí)結(jié)束鍵， 同時(shí)記時(shí)器停止記時(shí)（如無(wú)人為干預(yù)，經(jīng)過(guò)一小段時(shí)間后，工作狀態(tài)按鍵自動(dòng)切換至“工作”，油滴將停止移動(dòng)），此時(shí)可以通過(guò)確認(rèn)按鍵將測(cè)量結(jié)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(dāng)回到高于有“ 0” 標(biāo)記格線時(shí)，將平衡、提升鍵置回平衡狀態(tài)，使其靜止。 重新調(diào)整平衡電壓，重復(fù)，并將數(shù)據(jù)記錄到屏幕上（平衡電壓 V及 下落時(shí)間t ）。當(dāng)達(dá)到5次記錄后，按確認(rèn)鍵，界面的左面出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 重復(fù)步，測(cè)出油滴的平均電

9、荷量至少測(cè)5個(gè)油滴，并根據(jù)所測(cè)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(jì)量）。根據(jù)e的理論值，計(jì)算出e的相對(duì)誤差。數(shù)據(jù)記錄：?jiǎn)挝粁 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(yàn)證實(shí)驗(yàn)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(gè)油滴所帶的電量 Q除以其所含有的電子個(gè)數(shù)并求其平