文档介绍：基础物理实验研究性报告
密立根油滴实验
第一作者:
第二作者:
2013年5月17日
摘要
本报告采用密立根油滴实验验证任何带电体所带电量是某一最小值的整数倍,电荷是一份一份的,测量该最小量的值与公认e值进行比较,通过matlab拟合算法,提高了实验数据处理精度,并且讨论了实验产生误差的原因,提出了几种数据处理方法。本报告在密立根原始实验的方法上,还对实验内容以及实验仪器的改进进行了探讨研究,提出了另一种验证和测量最小电子电量的方法。
abstract
This report uses the Millikan oil drop experiment validate any charged body with electric quantity is a minimum value of the integer times, charge is a measure of the minimum value with e parison, through the MATLAB fitting method, improved the precision of experimental data processing, the causes of errors and experiment are discussed, several data processing methods are put forward. This report is based on Millikan experiment method, and the experimental content and experimental apparatus of improvement are discussed in this paper, proposes another kind of validation and the measurement method of minimum electrical power.
目录
一、实验原理 1
二、仪器介绍 3
3
3
三、实验内容 4
4
4
5
四、数据记录与处理 6
1、静态法测量 6
2、动态法测量 10
五、讨论 12
1、误差的分析 12
2、最小差值法处理数据 13
3、实验的改变 14
4、实验中经验教训的总结 14
5、实验后的感想、收获与体会 15
六、感谢 15
一、实验原理
图1
图1
一个质量为m,带电量为q的油滴处在二块平行极板之间,在平行极板未加电压时,油滴受重力作用而加速下降,由于空气阻力的作用,下降一段距离后,油滴将作匀速运动,速度为Vg,这时重力与阻力平衡(空气浮力忽略不计),如图1所示。根据斯托克斯定律,粘滞阻力为
式中是空气的粘滞系数,a是油滴的半径,这时有
(1)
图2
当在平行极板上加电压V时,油滴处在场强为E的静电场中,设电场力qE与重力相反,如图2所示,使油滴受电场力加速上升,由于空气阻力作用,上升一段距离后,油滴所受的空气阻力、重力与电场力达到平衡(空气浮力忽略不计),则油滴将以匀速上升,此时速度为Ve,则有:
(2)
又因为 E=V/d (3)
由上述(1)、(2)、(3)式可解出
(4)
为测定油滴所带电荷q,除应测出V、d和速度Ve、Vg外,还需知油滴质量m,由于空气中悬浮和表面张力作用,可将油滴看作圆球,其质量为
(5)
式中是油滴的密度。
由(1)和(5)式,得油滴的半径
(6)
考虑到油滴非常小,空气已不能看成连续媒质,空气的粘滞系数应修正为

(7)
式中b为修正常数,p为空气压强,a为未经修正过的油滴半径,由于它在修正项中,不必计算得很精确,由(6)式计算就够了.
实验时取油滴匀速下降和匀速上升的距离相等,设都为l,测出油滴匀速下降的时间tg,匀速上升的时间te,则
(8)
将(5)、(6)、(7)、(8)式代入(4),可得
令
得/V (9)此式是动态(非平衡)法测油滴电荷的公式。
下面导出静态(平衡)法测油滴电荷的公式。
调节平行极板间的电压,使油滴不动,Ve=0,即teà,由(9)式可得
或者(10)
上式即为静态法测油滴电荷的公式。
为了求电子电荷e,对实验测得的各个电荷q求最大公约数,就是基本电荷e的值,也就是电子电荷e,也可以测得同一油滴所带电荷的改变量(可以用紫外线或放射源照射油滴,使它所带电荷改变,由于条件限制,这里从略),这时应近似为某一最小单位的整数倍,此最小单位即为基本电荷e。
二、仪器介绍
实验仪器:D电视显微镜、电路