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贵州师范学院物理实验报告
实验名称: 密立根油滴实验实验日期: 年月日
级班姓名同组者教师
一、实验目的;
1、利用电视显微密立根油滴仪测量电子电荷。
2、D图像传感器的原理与应用,学习电视显微测量方法。
二、实验仪器:
1、D电视显微镜、电路箱、监视器等组成。
2、棕油、喷油器。
三、实验原理
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

图1
式中是空气的粘滞系数,a是油滴的半径,这时有

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:
又因为 E=V/d
由上述(1)、(2)、(3)式可解出

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

式中是油滴的密度。
由(1)和(5)式,得油滴的半径

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

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

将(5)、(6)、(7)、(8)式代入(4),可得

令
得/V
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,由上式可得

或者
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),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。
四、实验步骤
1、仪器调整
调节仪器底座上的三只调平手轮,将水泡调平。由于底座空间较小,调手轮时如将手心向上,用中指和无名指夹住手轮调节较为方便。
喷雾器内的油不可装得太满,否则会喷出很多“油”而不是“油雾”,堵塞上电极的落油孔。每次实验完毕应及时揩擦上极板及油雾室内的积油!
喷油时喷雾器的喷头不要深入喷油孔内,防止大颗粒油滴堵塞落油孔。
喷雾器的汽囊不耐油,实验后,将汽囊与金属件分离保管较好,可延长使用寿命。
如需打开油滴仪检查,一定要拔下电源插头再进行!
2、测量练习
练习是顺利做好实验的重要一环,包括练习控制油滴运动,练习测量油滴运动时间和练习选择合适的油滴。
选择一颗合适的油滴十分重要。大而亮的油滴必然质量大,所带电荷也多,而匀速下降时间则很短,增大了测量误差和给数据处理带来困难。通常选择平衡电压为200~3