R密立根油滴實(shí)驗(yàn)WFHLZC

1、密立根油滴實(shí)驗(yàn)王福合劉戰(zhàn)存董巧燕密立根榮獲1923年諾貝爾物理獎(jiǎng) 密立根(Robert Andrews Millikan) 在19071913年間做了一連串實(shí)驗(yàn)，一方面用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電荷是由相同的單元組成的，且準(zhǔn)確地測定電子的電荷值，另一方面驗(yàn)證了愛因斯坦的光電效應(yīng)方程，測得了普朗克常數(shù)的精密數(shù)值。因在基本電荷和光電效應(yīng)方面的研究而獲得1923年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^對帶電油滴在重力場和靜電場中運(yùn)動(dòng)的測量，驗(yàn)證電荷的“量子化”，即電量不是連續(xù)變化的，測定電子的電荷值；通過對儀器的調(diào)整練習(xí)選擇、跟蹤油滴，調(diào)整電壓使油滴平衡，了解CCD圖像傳感器的原理并練習(xí)使用CCD系統(tǒng)進(jìn)行測量。實(shí)驗(yàn)原理dU

2、qEmgE用噴霧器將油噴入兩塊相距為d 的水平放置的平行極板之間，油在噴射撕裂成油滴時(shí)，一般都帶上電荷，假如油滴的質(zhì)量為m，所帶的電量為q，兩極板間的電壓為U。油滴在極板間同時(shí)受到重力和電場力兩個(gè)力的作用。E 為兩極板間的電場強(qiáng)度。如果調(diào)節(jié)兩極板間的電壓U 可使重力和電場力平衡，則有關(guān)系式：此時(shí)油滴會(huì)靜止地懸浮在電場中，并保持平衡。m=?mgf1實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理由于表面張力的作用，油滴一般呈小球狀。設(shè)油滴的密度為，半徑為a，則油滴的質(zhì)量m為：重力可表示為：a=? 實(shí)驗(yàn)原理空氣阻力可表示為: 當(dāng)油滴下落速度達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，油滴所受合外力等于零時(shí)，油滴勻速下降。此時(shí)有：實(shí)驗(yàn)原理 實(shí)驗(yàn)中油滴半徑約為

3、10-6 m 左右，此半徑與空氣分子間的間隙大致相等，因此空氣的粘滯系數(shù)修改為：將此帶入(2)式后，再求解方程(1)可得：實(shí)驗(yàn)原理1重力加速度: g = 9.80 ms-2 2油的密度: = 981 kgm-3 3空氣的粘滯系數(shù): =1.8310-5 Pas 4大氣壓強(qiáng): P=1.0133105 Pa 5修正常數(shù): b=8.2210-3 mPa6平行極板間的距離: d=5.0010-3 m實(shí)驗(yàn)裝置電壓顯示計(jì)時(shí)顯示油霧室平衡水泡CCD聚焦調(diào)節(jié)平衡電壓調(diào)節(jié)電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)電源開關(guān)計(jì)時(shí)鍵密立根油滴儀實(shí)驗(yàn)裝置油滴盒結(jié)構(gòu)： 油滴盒是由兩塊經(jīng)過精磨的平行極板，上極板中央有一個(gè)直徑0.4毫米的小孔，油滴從油霧室

4、經(jīng)油霧孔落入小孔，進(jìn)入上下極板之間。油滴盒防風(fēng)罩前裝有CCD，用以觀察平行極板間的油滴。實(shí)驗(yàn)裝置顯示器開關(guān)對比度調(diào)節(jié)亮度調(diào)節(jié)垂直顯示調(diào)節(jié)水平顯示調(diào)節(jié)2mm實(shí)驗(yàn)裝置CCD是英文Charge Coupled Device的縮寫，即電荷耦合器件，它是一種以電荷量反映光量大小，用耦合方式傳輸電荷量的新器件。它具有自掃描、光譜范圍寬、動(dòng)態(tài)范圍大、體積小、功耗低、壽命長、可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)。自1970年問世以來，發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛，2009年獲諾貝爾獎(jiǎng)。思考題在我們的實(shí)驗(yàn)中，油滴是怎樣獲得電荷的？油滴所帶電荷同性嗎？應(yīng)選什么樣的油滴進(jìn)行測量？選太小的油滴對測量有什么影響？選太大或帶電太多的油滴又存在什么

5、問題？為什么用油滴而不用水滴來測定電荷？觀察中發(fā)現(xiàn)油滴的像變模糊，為什么？如何處理？在未知e=1.60210-19C時(shí)，怎樣利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求出e=？實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1調(diào)整儀器：將儀器放平，調(diào)節(jié)底部的左、右兩只調(diào)平螺絲，使位于防風(fēng)罩內(nèi)油滴盒附近的水準(zhǔn)泡指示水平，此時(shí)平行極板處于水平位置。開機(jī)預(yù)熱10分鐘。水準(zhǔn)泡實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1調(diào)整儀器：將電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)扳向“Down(下落)”位置，將專用油從噴霧口噴入(只噴一次少量即可)，適當(dāng)對CCD調(diào)焦即可從監(jiān)視屏上可看到大量的油滴。從監(jiān)視器熒光屏上觀察油滴的運(yùn)動(dòng)。如果油滴斜向運(yùn)動(dòng)，則可轉(zhuǎn)動(dòng)CCD，使觀察到的油滴沿豎直方向下落。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2. 練習(xí)測量練習(xí)控制油滴：噴入油滴后，

6、在平行極板上加上250V左右的平衡電壓，工作電壓選擇開關(guān)放在“Balance (平衡)”檔，則不需要的大量油滴會(huì)被驅(qū)走，剩下幾個(gè)緩慢運(yùn)動(dòng)的油滴。選中其中的某一個(gè)油滴，仔細(xì)調(diào)節(jié)平衡電壓，直到使這個(gè)油滴靜止不動(dòng)。然后將平衡電壓置于“Down”，油滴會(huì)自由下落；下落一段距離后再加上“Up(提升)”電壓，使油滴上升。如此反復(fù)多次進(jìn)行練習(xí)，以達(dá)到熟練控制和測量油滴的目的。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3. 選擇合適的油滴油滴體積不能太大，太大的油滴一般帶電荷很多才能取得平衡；它的下落速度比較快，時(shí)間不易測準(zhǔn)。太小的油滴布朗運(yùn)動(dòng)明顯，測量過程中容易丟失。通?？梢赃x擇平衡電壓在200V左右的，油滴勻速下落2mm時(shí)間約1535s的

7、油滴，其大小和電量都比較合適。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容3.正式測量用平衡測量法測量油滴勻速下降一段距離 l 時(shí)要測量的有兩個(gè)量: (1)平衡電壓U平衡電壓必須經(jīng)過仔細(xì)的調(diào)節(jié)，并將油滴置于屏幕上某條橫線附近，以便準(zhǔn)確判斷出這顆油滴是否達(dá)到平衡。(2)油滴勻速下降一段距離 l 所需要的時(shí)間 t測量時(shí)間t 時(shí)，為了在按動(dòng)計(jì)時(shí)器時(shí)有所準(zhǔn)備，應(yīng)先讓它下降一段距離后再測量時(shí)間。選定測量的一段距離l，應(yīng)該在平衡極板之間的中央部分。若太靠近上極板，電場不均勻，會(huì)影響測量結(jié)果。太靠近下電極板，測量完時(shí)間后，油滴容易丟失，影響測量。 一般取l=2mm比較合適。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)要求對同一顆油滴進(jìn)行610次測量，而且每次測量都要重新調(diào)整平衡電壓。列表記錄測量結(jié)果，利用倒證法求出電荷數(shù)n和基本電荷值e。對多個(gè)（至少3個(gè)）油滴進(jìn)行測量處理。注意事項(xiàng)噴油前將油霧孔擋板上的