密立根油滴實驗課件

密立根油滴實驗密立根油滴實驗1密立根(BobertAndrewMillikan)密立根簡介

美國物理學家。1868

年3月22日生于伊利諾伊州的莫里森，1953年12月19日卒于加利福尼亞薩迪納

。1893

年取得奧伯林大學碩士學位。1895年獲哥倫比亞大學博士學位后留學歐洲。1896年回國任教于芝加哥大學。1907

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1913年間做了一連串實驗，用帶電油滴準確地測定電子的電荷值，還驗證了A.愛因斯坦的光電效應(yīng)方程，取得了普朗克常數(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年諾貝爾物理學獎。密立根(BobertAndrewMillikan)密立2歷史背景及意義

一個電子所帶的電荷量是現(xiàn)代物理學重要的基本常數(shù)之一。1897年湯姆遜測定了陰極射線的荷質(zhì)比，證實了陰極射線是帶電荷有質(zhì)量的離子，從而證實了電子的存在。美國杰出的物理學家密立根，從1906年起就致力于細小油滴帶電量的測量，他用了11年時間，經(jīng)過多次重大改進，終于以上千個油滴的確鑿實驗數(shù)據(jù)得出基本電荷的電量e=(1.5924±0.0017)×10-19C，首先直接證實了電荷的量子性，即任何電量都是基本電荷的整數(shù)倍，這個基本電荷就是電子所帶的電荷，密立根因測出電子電荷及其他方面的貢獻，榮獲1923年度諾貝爾物理獎。歷史背景及意義一個電子所帶的電荷量是現(xiàn)代物3歷史背景及意義密立根油滴實驗在近代物理學發(fā)展中占有非常重要的地位，該實驗清楚地證明了電荷的顆粒性，并確定了最小單位電荷的量值。開設(shè)這個實驗，不僅是為了掌握一種實驗方法，或驗證一下前人已經(jīng)驗證過的定律；更重要的是通過實驗使學生獨立思考，掌握一種發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的方法———通過本實驗發(fā)現(xiàn)電荷的顆粒特性，并確定電荷的最小值。歷史背景及意義密立根油滴實驗在近代物理學發(fā)展4

實驗?zāi)康膶嶒炘砑皟x器實驗內(nèi)容數(shù)據(jù)處理思考題注意事項目錄實驗?zāi)康哪夸?實驗?zāi)康?、了解密立根油滴儀的結(jié)構(gòu)和測定電子電荷的設(shè)計思想和方法；2、掌握平衡法和動態(tài)法測量電子電荷方法，驗證電荷的顆粒性；3、了解CCD圖像傳感器原理和電視顯微測量方法。密立根油滴實驗?zāi)康?、了解密立根油滴儀的結(jié)構(gòu)和測定電子電荷的設(shè)計思想和6實驗原理及儀器一、油滴在平板電容器間所受到的力如圖所示，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由于摩擦作用而帶電，油滴在極板間同時受力為（油滴視為小球體）：密立根油滴實驗原理及儀器一、油滴在平板電容器間所受到的力7實驗原理及儀器密立根油滴實驗原理及儀器密立根油滴8實驗原理及儀器二、在不加電場時，油滴下落速度和油滴大小之間的關(guān)系式（1）代入式（2），可得密立根油滴實驗原理及儀器二、在不加電場時，油滴下落速度和油滴大小之間的9實驗原理及儀器三、在加有電場后情況將式（2）+式（4），再將式（1）和式（3）代入，可得密立根油滴實驗原理及儀器三、在加有電場后情況將式（2）+式（4），再將10實驗原理及儀器這即是（1）的特殊情況。密立根油滴實驗原理及儀器這即是（1）的特殊情況。密立根油滴11實驗原理及儀器四、粘滯系數(shù)與油滴半徑之間的關(guān)系理論和實驗得出粘滯力一級近似表達式為因此，式(3)可以化為密立根油滴實驗原理及儀器四、粘滯系數(shù)與油滴半徑之間的關(guān)系理論和實驗得出12實驗原理及儀器五、油滴帶電量的最后計算公式密立根油滴實驗原理及儀器五、油滴帶電量的最后計算公式密立根油滴13實驗原理及儀器將式（10）、（11）分別代入式（5）、（6），可得密立根油滴實驗原理及儀器將式（10）、（11）分別代入式（5）、（6）14實驗原理及儀器CCD物鏡物鏡平動旋鈕平衡電壓調(diào)節(jié)旋鈕平衡水泡油霧室噴霧器密立根油滴實驗原理及儀器CCD物鏡物鏡平動旋鈕平衡電壓調(diào)節(jié)旋鈕平衡水泡15實驗原理及儀器計時按鈕：綠燈亮開始計時，再按一次紅燈亮結(jié)束計時。極板電壓按鈕：綠燈亮表明極板間所加電壓為0，紅燈亮表明極板間加入工作電壓。平衡/提升按鈕：可以切換油滴平衡或提升狀態(tài)。確認按鈕：將測量數(shù)據(jù)顯示在屏幕上。從而省去了手工記錄數(shù)據(jù)的過程。密立根油滴實驗原理及儀器計時按鈕：綠燈亮開始計時，再按一次紅燈亮結(jié)束計16實驗原理及儀器顯示器電源線視屏輸出/輸入數(shù)據(jù)線試驗儀電源線密立根油滴實驗原理及儀器顯示器電源線視屏輸出/輸入數(shù)據(jù)線試驗儀電源線密172、用平衡（靜態(tài)）法測定電子的電荷量實驗內(nèi)容3、用動態(tài)法測定電子的電荷量密立根油滴1、熟悉儀器的使用2、用平衡（靜態(tài)）法測定電子的電荷量實驗內(nèi)容3、用動態(tài)法測181、顯示器調(diào)節(jié)：（1）調(diào)節(jié)監(jiān)視器的對比度和亮度旋鈕使監(jiān)視器屏幕處于極不太亮又不太暗的狀態(tài)。（2）打開儀器開關(guān)并依次按下儀器按鈕可觀察到顯示器如下圖所示。熟悉儀器的使用密立根油滴1、顯示器調(diào)節(jié)：（1）調(diào)節(jié)監(jiān)視器的對比度和亮度旋鈕使監(jiān)視器屏192、尋找油滴如果油滴看不到，或是看不清，可能是CCD的物距不合適，或是監(jiān)視器的亮度或?qū)Ρ榷炔缓线m，應(yīng)該進行調(diào)整。熟悉儀器的使用3、控制油滴測量數(shù)據(jù)之前應(yīng)熟練掌握控制油滴的技巧。方法：在平行極板上加工作電壓250伏左右，趨走不需要的油滴，直到剩下幾顆緩慢運動的為止。注意其中的一顆，仔細調(diào)節(jié)工作電壓，使這顆油滴靜止不動。那么此時的工作電壓為該油滴的平衡電壓，然后去掉平衡電壓，讓它自由下降，下降一段距離后再加“提升”電壓，使油滴上升。如此反復(fù)多次地進行練習。密立根油滴2、尋找油滴如果油滴看不到，或是看不清，可能205、選擇油滴熟悉儀器的使用選擇的油滴不能太大，太大的油滴雖然較亮，但是帶電量比較多，下降速度較快，時間不容易測準確。太小的油滴布朗運動明顯。通常選擇工作電壓為200伏左右時（需要仔細調(diào)節(jié)工作電壓），使某個油滴靜止不動，然后去掉平衡電壓（即把工作電壓選擇開關(guān)扳向“下落”位置），按下計時按鈕，尋找在10到30秒時間內(nèi)勻速下降1.6毫米的油滴（這時其大小和帶電量比較適當）。密立根油滴5、選擇油滴熟悉儀器的使用選擇的油滴不能太大21用平衡法測定電子的電荷量對同一油滴進行5次測量，每次測量開始都要重新調(diào)節(jié)平衡電壓。一共測量5個油滴。密立根油滴如上圖所示，對同一個油滴完成五次測量后，再按一次確認按鈕，在顯示器屏幕左邊顯示出該油滴的平均平衡電壓、平均下落時間和平均電荷量。用平衡法測定電子的電荷量對同一油滴進行5次22用動態(tài)法測定電子的電荷量操作步驟與平衡法類似。對同一油滴進行5次測量，再按一次確認按鈕在顯示器屏幕左邊顯示出該油滴的平均平衡電壓、平均下落時間、平均上升時間和平均電荷量。每次測量開始都要重新調(diào)節(jié)平衡電壓。一共測量5個油滴。密立根油滴用動態(tài)法測定電子的電荷量操作步驟與平衡法類似23一、實驗條件實驗數(shù)據(jù)和處理密立根油滴一、實驗條件實驗數(shù)據(jù)和處理密立根油滴24二、平衡法測定電子的電荷量實驗數(shù)據(jù)和處理密立根油滴二、平衡法測定電子的電荷量實驗數(shù)據(jù)和處理密立根油滴25實驗數(shù)據(jù)和處理三、動態(tài)法測定電子的電荷量密立根油滴實驗數(shù)據(jù)和處理三、動態(tài)法測定電子的電荷量密立根油滴26思考題1、如何判斷油滴處在勻速狀態(tài)？2、如何選擇和控制待測的油滴?3、應(yīng)選取哪段距離測量油滴勻速下降所需時間?密立根油滴思考題1、如何判斷油滴處在勻速狀態(tài)？2、如何選擇和控制待測的27注意事項1.噴油霧前先將油霧孔打開，噴完油霧后為了避免外界氣流對油滴盒內(nèi)油滴產(chǎn)生影響，應(yīng)將油霧孔關(guān)閉；密立根油滴注意事項1.噴油霧前先將油霧孔打開，噴完油霧后為了避免外界氣28注意事項2.