文档介绍：实验二十密立根油滴法测定电子电荷
著名的美国实验物理学家密立根花了七年的时间〔1909-1917年〕,用油滴法测量微小油滴上所带的电荷量,直接验证了电荷的不连续性,还由此测得了基本电荷
e =×10-19C
成为最重要的基本物理常数,从而为电子论奠定了直接的实验基础.
今天,,难以捕捉控制和测量,因此做本实验时,不仅可以学到实验方法物理思想提高实验技能,,严格的实验操作,准确的数据处理,才能得到满意的实验结果.
【实验目的】
一、测定电子的电荷值,并验证电荷的分离性.
二、培养学生进行物理实验时坚韧不拔的精神和科学态度.
三、着重体会通过宏观量的测定来研究微观量的方法.
【实验原理】
用喷雾器将油喷入两块相距为d的水平放置的平行极板之间,油滴喷射时由于磨擦,,所带电量为q,当两极板未加电压时,油滴在重力作用下而向下运动,由于空气的粘滞性对油滴所产生的阻力与速度成正比, 油滴下降一小段距离达到某一速度V后,阻力与重力平衡(空气的浮力忽略不计),
()
作用在油滴上的重力=mg,, 油滴总是呈小球状,:
于是:
()
当平行极板加上适当电压V以后,,电场强度为:
()
这时悬浮在极板间,带有电量q的油滴,不但受到了重力作用,,使qE > mg,而且二者方向相反,这时油滴就会向上运动,开始油滴的速度逐渐增大,粘滞阻力也逐渐增大,当油滴速度增大到一定值VE后,受力情况就会平衡。此时油滴就会以VE的速度匀速上升。如图1所示。此时空气的粘滞阻力
这时方程有:
()
将上列()()式带入()式,整理后可得油滴所带电量:
()
式中d,g为已知,都是与温度有关的数值,可以查表得到。V以伏特为单位,可直接测量。因此只要测出油滴在极板间匀速下降一段距离所需要时间tg,以及极板加上电压V后油滴上升一段距离所需要时间tE,即可分别算出Vg和VE,从而可定出油滴所带电量q.
油滴的受力图
我们在导出()式时,认为油滴严格服从斯托克斯定律。但是密立根在实验中发现,只有在油滴的半径与空气分子的平均自由程相比大得很多,空气可视为均匀介质时,斯托克斯定律才是正确的。在我们的实验中,r小到米数量级,同实验条件下的空气分子平均自由程十分接近,因此要加以修正。由于空气分子间的空隙相对油滴半径不很小,于是空气对油滴阻碍作用也变小,这时可视为粘滞系数变小。用表示修正后的粘滞系数:
()
式中b为修正常数,米·厘米***柱,为大气压,单位为厘米***柱。由于修正项本身不十分精确,故上式r仍可用()式计算。
以()式中的代替()式中的,则得到修正后的油滴电量为:
()
其中
该种测量电子电荷的方法称为动态法或升降法。不