密根油滴實驗

1、密立根油滴實驗密立根油滴實驗 著名的美國物理學家密立根（robbert a.milliken）在1909年到1917年期間，苦心鉆研，以卓越的研究方法和精湛的實驗技術(shù)，用油滴實驗證明了 (1)電荷是量子化的，具有不連續(xù)性； (2)測量了電子電荷，其值為：e = 1.6010-19 c。從而榮獲了1923年的諾貝爾物理學獎?！灸康囊蟆俊灸康囊蟆?1、了解密立根油滴儀的結(jié)構(gòu)，油滴實驗測定電子電荷的設(shè)計 思想和方法。2、了解ccd圖像傳感器的原理和電視顯微測量方法。3、平衡法測量電子電量的大小。4、驗證電荷的量子性。 一個質(zhì)量為m，帶電量為q的油滴處在二塊平行極板之間，在平行極板未加電壓時，油滴

2、受重力作用加速下降，由于空氣阻力的作用，下降一段距離后，油滴將作勻速運動，速度為vg，這時重力與阻力平衡（空氣浮力忽略不計），如圖（301）所示。根據(jù)斯托克斯定律，粘滯阻力為 , 式中是空氣的粘滯系數(shù)，a是油滴的半徑 grvaf6mgvag6mgqevae6dve/gegvvvvdmgq334am 2129gvagmgvag6pab1當在平行極板上加電壓當在平行極板上加電壓v時，油滴處在場強為時，油滴處在場強為e的靜電場中，設(shè)電場力的靜電場中，設(shè)電場力qe與重與重力相反，如圖（力相反，如圖（302）所示，使油滴受電場力加速上升，由于空氣阻力作用，）所示，使油滴受電場力加速上升，由于空氣阻力作用

3、，上升一段距離后，油滴所受的空氣阻力、重力與電場力達到平衡（空氣浮力上升一段距離后，油滴所受的空氣阻力、重力與電場力達到平衡（空氣浮力忽略不計），則油滴將以勻速上升，此時速度為忽略不計），則油滴將以勻速上升，此時速度為ve，則有，則有 可將油滴看作圓球，其質(zhì)量為可將油滴看作圓球，其質(zhì)量為代入代入得油滴的半徑得油滴的半徑 空氣的粘帶系數(shù)應(yīng)修正為空氣的粘帶系數(shù)應(yīng)修正為 實驗時取油滴勻速上升的距離相等，都設(shè)為實驗時取油滴勻速上升的距離相等，都設(shè)為l，測出油滴勻速下降的時間，測出油滴勻速下降的時間tg，勻速，勻速上升的時間上升的時間te，則，則eeggtlvtlv/2/12/31218ggetltlt

4、lpabvdgqdpabgk2/312182/1ggetltltlvkq調(diào)節(jié)平行極板間的電壓，使油滴不動，即靜態(tài)法測油滴電荷的公式調(diào)節(jié)平行極板間的電壓，使油滴不動，即靜態(tài)法測油滴電荷的公式 2/3gtlvkq2/31218pabtlvdgq將將m ,vg和和ve代入可得代入可得動態(tài)法測油滴電荷的公式動態(tài)法測油滴電荷的公式 1、儀器的調(diào)節(jié)與使用、儀器的調(diào)節(jié)與使用油霧杯油霧杯油霧孔開關(guān)油霧孔開關(guān)防風罩防風罩上電極上電極油滴盒油滴盒下電極下電極座架座架上蓋板上蓋板噴霧口噴霧口油霧孔油霧孔上電極壓簧上電極壓簧油滴盒基座油滴盒基座油滴儀樣品室結(jié)構(gòu)示意圖油滴儀樣品室結(jié)構(gòu)示意圖 電源開關(guān) 功能鍵 升降電壓調(diào)

5、節(jié)旋鈕 平衡電壓調(diào)節(jié)旋鈕 數(shù)字電壓顯示表 數(shù)字秒表 秒表清零鍵 電極板極性調(diào)節(jié)按鈕 水平儀 照明燈室 上、下電極 成像顯微鏡 ccd 油滴儀面板圖油滴儀面板圖 交流220v輸入座 視頻輸出插座 ccd視頻輸入和ccd電源共用座 1.調(diào)節(jié)儀器底座上的三只調(diào)平手輪，將水泡調(diào)平。由于底座空間較小，調(diào)調(diào)節(jié)儀器底座上的三只調(diào)平手輪，將水泡調(diào)平。由于底座空間較小，調(diào)手輪時將手心向上，用中指和無名指夾住手輪調(diào)節(jié)較為方便。手輪時將手心向上，用中指和無名指夾住手輪調(diào)節(jié)較為方便。 照明光路不需調(diào)整，只需將顯微鏡筒前端和底座前端對齊，噴油后再稍照明光路不需調(diào)整，只需將顯微鏡筒前端和底座前端對齊，噴油后再稍稍前后微調(diào)

6、即可。在使用中，前后調(diào)焦范圍不要過大，取前后調(diào)焦稍前后微調(diào)即可。在使用中，前后調(diào)焦范圍不要過大，取前后調(diào)焦1mm內(nèi)的內(nèi)的油滴較好。油滴較好。2.2.功能鍵有平衡、升降、測量三檔，當處于中間位置功能鍵有平衡、升降、測量三檔，當處于中間位置“平衡平衡”檔時，可用平衡檔時，可用平衡電壓調(diào)節(jié)旋鈕來調(diào)節(jié)平衡電壓大小，使被測油滴處于平衡狀態(tài)；當處于上沿電壓調(diào)節(jié)旋鈕來調(diào)節(jié)平衡電壓大小，使被測油滴處于平衡狀態(tài)；當處于上沿“升降升降”檔時，上下電極在平衡電壓的基礎(chǔ)上自動增加提升電壓，提升電壓大檔時，上下電極在平衡電壓的基礎(chǔ)上自動增加提升電壓，提升電壓大小由升降電壓調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)；當處于下沿小由升降電壓調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)

7、；當處于下沿“測量測量”檔時，極板間電壓為檔時，極板間電壓為0v，被，被測量油滴處于被測量階段而勻速下落，并自動計時，油滴下降到預定距離時，測量油滴處于被測量階段而勻速下落，并自動計時，油滴下降到預定距離時，迅速撥到平衡檔，同時自動停止計時迅速撥到平衡檔，同時自動停止計時 3. 選擇適當?shù)挠偷芜x擇適當?shù)挠偷瓮ǔ＿x擇平衡電壓為通常選擇平衡電壓為100300v，勻速下落，勻速下落1.5mm的時間在的時間在830秒左右的油滴秒左右的油滴較適宜。噴油后，功能鍵置較適宜。噴油后，功能鍵置“平衡平衡”檔，調(diào)節(jié)平衡電壓調(diào)節(jié)旋鈕使極板電壓為檔，調(diào)節(jié)平衡電壓調(diào)節(jié)旋鈕使極板電壓為200v左右，注意幾顆緩慢運動、較

8、為清晰明亮的油滴。試將功能鍵置左右，注意幾顆緩慢運動、較為清晰明亮的油滴。試將功能鍵置“平衡平衡”檔，觀察各顆油滴下落大概的速度檔，觀察各顆油滴下落大概的速度, , 目視油滴直徑在目視油滴直徑在0.51mm左右的較適宜。左右的較適宜。4 4 、正式測量、正式測量 平衡法測量，可將已調(diào)平衡的油滴用功能鍵控制移動在平衡法測量，可將已調(diào)平衡的油滴用功能鍵控制移動在“起跑起跑”線上，然后線上，然后將功能鍵撥向?qū)⒐δ苕I撥向“測量測量”，油滴開始勻速下降的同時，計時器開始計時。到，油滴開始勻速下降的同時，計時器開始計時。到“終終點點”時迅速將功能鍵撥向時迅速將功能鍵撥向“平衡平衡”，油滴立即靜止，計時也立

9、即停止。，油滴立即靜止，計時也立即停止?！緮?shù)據(jù)處理】【數(shù)據(jù)處理】對某顆油滴重復對某顆油滴重復510次測量，選擇次測量，選擇1020顆油滴，求得電子電荷的平均顆油滴，求得電子電荷的平均值值e。在每次測量時都要檢查和調(diào)整平衡電壓，以減小偶然誤差和因為。在每次測量時都要檢查和調(diào)整平衡電壓，以減小偶然誤差和因為油滴揮發(fā)而使平衡電壓發(fā)生變化。油滴揮發(fā)而使平衡電壓發(fā)生變化。vdpabtlgqg2/31218ggtla29油的密度油的密度 c209813mkg重力加速度重力加速度 279. 9smg空氣粘滯系數(shù)空氣粘滯系數(shù) 1151083. 1smkg油滴勻速下降距離油滴勻速下降距離 ml3105 . 1修

10、正常數(shù)修正常數(shù) cmhgmb61017. 6大氣壓強大氣壓強 cmhgp0 .76平行極板間距離平行極板間距離 md31000. 5式中的時間式中的時間 應(yīng)為測量數(shù)次時間的平均值應(yīng)為測量數(shù)次時間的平均值 gt油滴的半徑油滴的半徑 計算出各油滴的電荷后，求它們的最大公約數(shù)，即為基本電荷計算出各油滴的電荷后，求它們的最大公約數(shù)，即為基本電荷e值。若求最值。若求最大公約數(shù)有困難，可用作圖法求大公約數(shù)有困難，可用作圖法求e值。設(shè)實驗得到值。設(shè)實驗得到m個油滴的帶電量分別為個油滴的帶電量分別為q1，q2，qm，由于電荷的量子化特性，應(yīng)有，由于電荷的量子化特性，應(yīng)有 ，此為一直線方程，此為一直線方程，n為

11、為自變量，自變量，q為因變量，為因變量，e為斜率。因此為斜率。因此m為油滴對應(yīng)的數(shù)據(jù)在為油滴對應(yīng)的數(shù)據(jù)在nq坐標系中將在同坐標系中將在同一條過原點的直線上，若找到滿足這一關(guān)一條過原點的直線上，若找到滿足這一關(guān)系的直線，就可用斜率求得系的直線，就可用斜率求得e值。將值。將e的的實驗值與公認值比較，求相對誤差。（公認值庫侖）實驗值與公認值比較，求相對誤差。（公認值庫侖）【注意事項】【注意事項】 1噴霧器內(nèi)的油不可裝得太滿，否則會噴出很多噴霧器內(nèi)的油不可裝得太滿，否則會噴出很多“油油”而不是而不是“油霧油霧”，堵塞，堵塞上電極的落油孔。每次實驗完畢應(yīng)及時揩擦及油霧室內(nèi)的積油！上電極的落油孔。每次實驗完畢應(yīng)及時揩擦及油霧室內(nèi)的積油！2噴霧時噴霧器應(yīng)豎拿噴霧器，玻璃口對準油霧室的噴霧口，輕輕噴入少許油噴霧時噴霧器應(yīng)豎拿噴霧器，玻璃口對準油霧室的噴霧口，輕輕噴入少許油即可。切勿將噴霧器插入油霧室，甚至將油倒出來。更不該將油霧室拿掉后對準即可。切勿將噴霧器插入油霧室，甚至將油倒出來。更不該將油霧室拿掉后對準上電極落油小孔噴油。否則會將落油孔堵塞。上電極落油小孔噴油。否則會將落油孔堵塞。3水平儀一定要水平，否則油滴的橫向漂移很厲害。水平儀一定要水平，否則油滴的橫向漂移很厲害?！舅伎碱}】【思考題】 （1）對實驗結(jié)果造成影響的主要因素有哪些？）對實驗結(jié)果造成影響的主要因素有哪些？（2）如何判斷油滴盒