文档介绍：肃Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;mercialuse肁薀密立根油滴实验——电子电荷的测量薆肅【实验目的】蒃通过对带电油滴在重力场和静电场中运动的测量,验证电荷的不连续性,并测定电荷的电荷值e。羀通过实验过程中,对仪器的调整、油滴的选择、耐心地跟踪和测量以及数据的处理等,培养学生严肃认真和一丝不苟的科学实验方法和态度。莇学****和理解密立根利用宏观量测量微观量的巧妙设想和构思。袂【实验原理】薁静态(平衡)测量法荿用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的平行极板之间。油在喷射撕裂成油滴时,一般都是带电的。设油滴的质量为m,所带的电量为q,两极板间的电压为V,如图1所示。如果调节两极板间的电压V,可使两力达到平衡,这时:肇(1)羃为了测出油滴所带的电量q,除了需测定平衡电压V和极板间距离d外,还需要测量油滴的质量m。因m很小,需用如下特殊方法测定:平行极板不加电压时,油滴受重力作用而加速下降,由于空气阻力的作用,下降一段距离达到某一速度后,阻力与重力mg平衡,如图2所示(空气浮力忽略不计),油滴将匀速下降。此时有:蚀(2)袈其中是空气的粘滞系数,是油滴的半径。经过变换及修正,可得斯托克斯定律:袇(3)羅其中b是修正常数,b=×10-6m·cmHg,p为大气压强,单位为厘米***高。肂至于油滴匀速下降的速度,可用下法测出:当两极板间的电压V为零时,设油滴匀速下降的距离为,时间为t,则芈(4)薈最后得到理论公式:螂(5)膀动态(非平衡)测量法蚇非平衡测量法则是在平行极板上加以适当的电压V,但并不调节V使静电力和重力达到平衡,而是使油滴受静电力作用加速上升。由于空气阻力的作用,上升一段距离达到某一速度υ后,空气阻力、重力与静电力达到平衡(空气浮力忽略不计),油滴将匀速上升,如图3所示。这时:芈(6)袃当去掉平行极板上所加的电压V后,油滴受重力作用而加速下降。当空气阻力和重力平衡时,油滴将以匀速υ下降,这时:薃(7)莁化简,并把平衡法中油滴的质量代入,得理论公式:螅(8)羅【实验仪器】蚁根据实验原理,实验仪器——密立根油滴仪,应包括水平放置的平行极板(油滴盒),调平装置,照明装置,显微镜,电源,计时器(数字毫秒计),改变油滴带电量从q变到q′的装置,实验油,喷雾器等。螀MOD-5型密立根油滴仪的基本外形和具体结构示于图4。薅螂【实验内容】,调节仪器底部左右两只调平螺丝,使水准泡指示水平,这时平行极板处于水平位置。预热10分钟,利用预热时间从测量显微镜中观察,如果分划板位置不正,则转动目镜头,将分划板放正,目镜头要插到底。调节接目镜,使分划板刻线清晰。芅将油从油雾室旁的喷雾口喷入(喷一次即可),微调测量显微镜的调焦手轮,这时视场中即出现大量清晰的油滴,如夜空繁星。螄对MOD-D一体化的屏显油滴仪,则从监视器荧光屏上观察油滴的运动。如油滴斜向运动,D,使油滴垂直方向运动。(1)练****控制油滴如果用平衡法实验喷入油滴后,加工作(平衡)电压250伏特左右,工作电压选择开关置“平衡”档,驱走不需要的油滴,直到剩下几颗缓慢运动的为止。注视其中的某一颗,仔细调节平衡电压,使这颗油滴静止不动。然后去掉平衡电压,让它自由下降,下降一段距离后再加上“提升”电压,使油滴上升。如此反复多次地进行练****羆(2)练****测量油滴运动的时间任意选择几颗运动速度快慢不同的油滴,用计时器测出它们下降一段距离所需要的时间。或者加上一定的电压,测出它们上升一段距离所需要的时间。如此反复多练几次。袅(3)练****选择油滴选的油滴体积不能太大,太大的油滴虽然比较亮,但一般带的电量比较多,下降速度也比较快,时间不容易测准确。若油滴太小则布朗运动明显。通常可以选择平衡电压在200伏特以上,在10s左右时间内匀速下降2mm的油滴,其大小和带电量都比较合适。芀(4)练****改变油滴的带电量对MOD-5B、5BC、型密立根油滴仪,可以改变油滴的带电量。按下***灯按钮,低压***灯亮,约5s,油滴的运动速度发生改变,这时油滴的带电量已经改变了。(1)静态(平衡)测量法用平衡测量法时要测量的有两个量,一个是平衡电压V,另一个是油滴匀速下降一段距离所需要的时间tg。仔细调节“平衡电压”旋钮,使油滴置于分划板上某条横线附近,以便准确判断出这颗油滴是否平衡了。蚂当油滴处于平衡位置,选定测量的一段距离(一般取l=),然后把开关拨向“下降”,使油滴自由下落。薃测量油滴匀速下降经过选定测量距离所需要的时间te,为了在按动计时器时有思想准备,应先让它下降一段距离后再测量时间。蒇测量完一次后,应把开关拨向“平衡”,做好记录后,再拨向“提升”,加大电场使油滴回到原来高度,为下次测量做好准备。蒆对同一颗油滴应进行3~5