密立根油滴實(shí)驗(yàn)近代物理實(shí)驗(yàn)論文

1、內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)近代物理實(shí)驗(yàn)論文密立根油滴測(cè)電子電荷專(zhuān)業(yè)：學(xué)號(hào)：授課教師：時(shí)間:2012.11.25密立根油滴測(cè)電子電荷仁 摘要：密立根油滴實(shí)驗(yàn)可以測(cè)量油滴的電量,并可驗(yàn)證電荷的量 子性，即任何帶電休所帶的電量都是基本的整數(shù)倍。om98型油滴儀 將油滴噴入電容兩塊水平的平行電極板之間時(shí)，油滴經(jīng)噴射后，一般 都是帶電的。在不加電場(chǎng)的情況下，小油滴受重力作用而下落，當(dāng)重 力與空氣的浮力（或者阻力）和粘滯阻力平衡時(shí)，它便勻速下降，或 者平衡在某一點(diǎn)，通過(guò)測(cè)量下降一定高度的時(shí)間從而計(jì)算得出油滴的 帶電量。本實(shí)驗(yàn)難度較大，且存在不可避免的誤差，測(cè)量物體帶電量 還有其他方法這里不再贅述。2、關(guān)鍵字：密立根油

2、滴實(shí)驗(yàn)、顯微攝像油滴儀（om98型）.油滴引言：密立根油滴實(shí)驗(yàn)，美國(guó)物理學(xué)家密立根所做的測(cè)定電子電荷的 實(shí)驗(yàn)。1907-1913年密立根用在電場(chǎng)和重力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的帶電油滴進(jìn)行 實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)所有油滴所帶的電量均是某一最小電荷的整數(shù)倍，該最小電荷值就是電子電荷o一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)密立根的敬業(yè)創(chuàng)新精神，學(xué)做一個(gè)有心人。2.嘗試用現(xiàn)代化測(cè)量?jī)x器計(jì)算手段研究經(jīng)典課題，實(shí)測(cè)基本電荷耳 3、培養(yǎng)耐心細(xì)致的工作風(fēng)格和技巧。二. 實(shí)驗(yàn)背景1897年湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子的存在后，人們進(jìn)行了多次嘗試，以精確確定它的性質(zhì)。湯姆生又測(cè)量了這種基本粒子的比荷（荷質(zhì)比）, 證實(shí)了這個(gè)比值是唯一的。許多科學(xué)家為測(cè)量電子的電荷量進(jìn)

3、行了大 量的實(shí)驗(yàn)探索工作。電子電荷的精確數(shù)值最早是美國(guó)科學(xué)家密立根于1917年用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的。密立根在前人工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)行基本電荷最e的測(cè)最,他作了幾千次測(cè)量,一個(gè)油滴要盯住幾個(gè)小時(shí)，可見(jiàn)其 艱苦的程度。密立根通過(guò)油滴實(shí)驗(yàn)，精確地測(cè)定基本電荷量e的過(guò)程, 是一個(gè)不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題的過(guò)程。為了實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量，他創(chuàng)造 了實(shí)驗(yàn)所必須的環(huán)境條件，例如油滴室的氣壓和溫度的測(cè)量和控制。 開(kāi)始他是用水滴作為電量的載休的，由于水滴的蒸發(fā)，不能得到滿(mǎn)意 的結(jié)果，后來(lái)改用了揮發(fā)性小的油滴。最初，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)公式計(jì) 算出的e值隨油滴的減小而增大，面對(duì)這一情況，密立根經(jīng)過(guò)分析后 認(rèn)為導(dǎo)致這個(gè)謬誤的原因在于，實(shí)驗(yàn)中

4、選用的油滴很小，對(duì)它來(lái)說(shuō), 空氣已不能看作連續(xù)媒質(zhì)，斯托克斯定律已不適用，因此他通過(guò)分析 和實(shí)驗(yàn)對(duì)斯托克斯定律作了修正，得到了合理的結(jié)果。三. 實(shí)驗(yàn)儀器om98型油滴儀、顯微攝像油滴儀用噴霧器將油滴噴入電容器兩塊水平的平行電極板之間時(shí)，油滴經(jīng)噴 射后，一般都是帶電的。在不加電場(chǎng)的情況下，小油滴受重力作用而 降落，當(dāng)重力與空氣的浮力和粘滯阻力平衡時(shí)，它便作勻速下降,它之間的關(guān)系是：mg二f1+b ( 1 )式中：mg油滴受的重力，f1空氣的粘滯阻力，b空氣的浮力。令6 p分別表示油滴和空氣的度；a為油滴的半徑；n為空氣的粘滯系數(shù)；vg為油滴勻速下降速度。因此油滴受的重力為mg=4/3ttaa35

5、g( : aa3為a的3次方,以下 均是)，空氣的浮力b=4/3ttaa3pg，空氣的粘滯阻力f仁6eiavg (流 體力學(xué)的斯托克斯定律，vg表示v下角標(biāo)g卜于是(1 )式變?yōu)椋?/3ttaa35g=6ttr|avg+4/3ttaa3pg 可得出油滴的半徑 a=3(r|vg/2g(5-p)a1/2( 2 )當(dāng)平行電極板間加上電場(chǎng)時(shí)，設(shè)油滴所帶電 量為q，它所受到的靜電力為qe e為平行極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度e=u/d , u為兩極板間的電勢(shì)差，d為兩板間的距離。適當(dāng)選擇電勢(shì)差u的大小和方向，使油滴受到電場(chǎng)的作用向上運(yùn)動(dòng)，以ve表示上升的速度。當(dāng)油滴勻速上升時(shí)，可得到如下關(guān)系式： f2+mg二qe+

6、b ( 3 )上 式中f2為油滴上升速度為ve時(shí)空氣的粘滯阻力：f2=6trnave 由(仆(3 )式得到油滴所帶電量q為q=(f1 +f2)/e=6trqad/(vg+ve) (4 l ( 4 )式表明，按(2 )式求出油滴的半徑a后，由測(cè)定的油滴 不加電場(chǎng)時(shí)下降速度vg和加上電場(chǎng)時(shí)油滴勻速上升的速度ve ,就可 以求出所帶的電量q。注意上述公式的推導(dǎo)過(guò)程中都是對(duì)同一個(gè)油滴 而言的，因而對(duì)同一個(gè)油滴，要在實(shí)驗(yàn)中測(cè)出一組vg、ve的相應(yīng)數(shù) 據(jù)。用上述方法對(duì)許多不同的油滴進(jìn)行測(cè)量，不斷重復(fù)上述操作，測(cè)10個(gè)油滴。結(jié)果表明，油滴所帶的電量總是某一個(gè)最小固定值的整數(shù)倍，這個(gè)最小電荷就是電子所帶的電量e。五.撰寫(xiě)時(shí)間:2012.11.25六、參考文獻(xiàn)：近代物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心編七、心得體會(huì)咨立根的實(shí)驗(yàn)裝置隨著技術(shù)的進(jìn)步而得到了不斷的改進(jìn)，但其實(shí)驗(yàn)原理至今仍在當(dāng)代物理科學(xué)研究的前沿發(fā)揮著作用，例