文档介绍：实验三密立根油滴实验【实验概述】美国物理学家密立根( )在 1909 年到 1917 年通过实验测量微小油滴上所带电荷的电量, 证明任何带电物体所带的电量 q 为基本电荷 e 的整数倍, 明确了电荷的不连续性, 并精确地测定出基本电荷 e 的数值。由于密立根油滴实验设计巧妙、原理清楚、设备简单、结果准确,所以它是历史上一个著名而有启发性的物理实验, 1923 年荣获诺贝尔物理学奖。本实验用南京大学科教仪器研究所 1998 年研制的“ CCD OM 98 密立根油滴仪”来完成, D 图象传感器件, 使测量更为清晰、直观, 测量精度接近目前的最佳公认值。【实验目的】 1. 通过对带电油滴在重力场和静电场中运动的测量, 证明电荷的不连续性, 并测量基本电荷 e 的大小。 2. 通过实验中对仪器的调整、油滴的选择、跟踪、测量及数据处理, 培养学生科学的实验方法。 。【实验仪器】 CCD OM 98 密立根油滴仪,钟表油,喷雾器【实验原理】一个质量为 m 带电量为 q 的油滴处在二块平行板之间,在平行板未加电压时, 油滴受重力的作用而加速下降,由于空气阻力 f e 的作用,下降一段距离后, 油滴将匀速运动,速度为 V g ,此时 f e与 mg 平衡。如图 3-1 所示。由斯托克斯定律知,粘滞阻力为 grVaf??6? mg ?(3―1) 式中η为空气粘滞系数, a 为油滴的半径。此时在平行板上加电压 V ,油滴处在场强为 E 的静电场中, 其所受静电场力 qE 与重力 mg 相反,如图 3-2 所示。当 qE 大于 mg 时,油滴加速上升,由于 f r 的作用,上升一段距离后, 将以 V e 的速度匀速上升,于是有?????????? mg Va d VqqE mg Va g e????6 6 (3—2) 由( 3—2 )式可知,为了测定油滴所带的电荷量 q ,除应测平行板上所加电压 V 、两块平行板之间距离 d、油滴匀速上升的速度 V e和V g外, 还需知油滴质量 m。由于空气中的悬浮和空气表面张力的作用,可将油滴视为圆球,其质量为?? 33 4am?(3—3) 由( 3—2 )和( 3—3 )式得油滴半径为 g Vg a??2 9?(3—4) 由于油滴半径 a 小到 10 -6米, 所以, 空气的粘滞系数?应修正为( 已不能将空气看作是连续介质) mg ef gV 13—图 mg qE dV 2 3—图 pa b??1 ' ??(3—5) 3 10 b m Pa ?? ??,p 为大气压强。将( 3—5 )代入( 3—4 )式,得)1(2 9 pa bg Vg a????(3—6) 于是,带电油滴质量 m为2 3)1(2 93 4??????????????pa bg Vg m????(3—7) 设油滴匀速下降和匀速上升的距离相等,均为 l ,则有 gt l Vg ? et l Ve?所以油滴所带的电荷量为 2 1 2 31111 2 18????????????????????????????????? ggetttV dpa b lg q ???(3—8) 令( 3—8 )式中 dpa b lg K??????????????? 2 31 2 18???,