文档介绍：北京航空航天大学
物理研究性实验报告
密立根油滴实验
第一作者:
所在院系:
就读专业:
第二作者:
所在院系:
就读专业:
3
3
三、实验仪器 5
四、实验内容 5
5
5
6
6
6
7
......................................................................................7
..............................................................................................8
...............................................................................9
10
12
12
摘要:
密立根油滴实验,美国物理学家密立根(Millike)所做的测定电子电荷的实验。
在本实验过程中,油滴的选取是决定实验成败与准确度的关键,而在选取油滴的时候,平衡电压在100~300V范围内时,下落时间取8~25时效果比较好。本报告对于实验时油滴参数的选取进行了分析,并对本实验的数据处理与误差分析做了简单的分析。
关键词:密立根油滴实验、参数选取、误差分析
①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,并测定基本电荷值
②通过对仪器的调整、油滴的选定、跟踪和测量以及数据的处理,培养学生严谨的科学态度和实验方法
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(本文中空气浮力忽略不计),如图1所示。根据斯托克斯定律,粘滞阻力为
图1重力与阻力平衡
式中是空气的粘滞系数,a是油滴的半径,这时有
(1)
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,则油滴将以匀速上升,此时速度为Ve,则有:
图2重力与电场力平衡
(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),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。
三、实验仪器
D电视显微镜、电路箱、监视器。
四、实验内容
①将OM99面板上最左边带有Q9插头的电缆线接至监视器后背下部的插座上,然后接上电源即可开始工作。注意,一定要插紧,保证接触良好,否则图象紊乱或只有一些长条纹。
②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,调手轮时应将手心向上,用中指和无名指夹住手轮调节较为方便。
③ D显微镜对焦也不需用调焦针插在平行电极孔中来调节,只需将显微镜筒前端和底座前端对齐,然后喷油后再稍稍前后微调即可。在使用中,前后调焦范围不要过大,取前后调焦1mm内的油滴较好。
.