华中科技大学【密立根油滴实验】

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1、实验原理：用油滴法测量电子的电荷e，可以用静态(平衡)测量法或动态(非平衡)测量法，也可以通过改变油滴的带电量，用静态法或动态法测量油滴带电量的改变量。本实验采用静态测量法，原理如下：设质量为m带电量为q的油滴在两平行极板间运动，两极板间电压为U，极板间距为d。则油滴在极板间将同时受到重力和电场力的作用，如图1所示。如果调节两极板间的电压U，可使电场力和重力达到平衡，即(1)图1静电场中的带电油滴(电压U，板间距d)当两平行极板间不加电压时，油滴在重力作用下加速下降，同时也受空气阻力(黏滞阻力)作用，根据斯托克斯定律，黏滞阻力为，这里，a为油滴的半径，η为空气的黏滞系数，vg为油

2、滴运动的速度。油滴的速度达到一定值后，黏滞阻力和重力会平衡，油滴进而做匀速直线运动，有(2)油滴的质量与半径的关系(3)由(2)和(3)式得(4)考虑到油滴的半径小到10-6米，空气不能再看作连续介质，空气的黏滞系数应做如下修正(5)这里，b为修正常数，b=6.17×10-6m.cmHg，p为大气压强，a为未修正过的油滴半径。则修正后的a为(6)油滴匀速运动的距离和速度之间的关系为(7)由(1)、(2)、(6)、(7)式得，油滴的带电量q为(8)(8)式即静态测量法的油滴带电量的表达式，要注意的是，因为油滴的半径a处于修正项中，可以不十分精确，因此(8)式中油滴的半径a仍用(4)

3、式计算。实验内容、步骤与要求：1.调整仪器(1)调整仪器底部的调平螺丝，使水准泡指示水平；(2)将监视器亮度调低，对比度调到最高。(3)将油从油雾室旁的喷雾口喷入，微调显微镜的调焦手轮，使视场中出现大量清晰的油滴。2.选择合适的油滴将油滴仪的功能键置于“平衡”档，调节平衡电压至100~300V之间，观察能够静止的油滴，并且要满足油滴匀速下降1.5mm所用时间在8~20s之间。具体操作为，将油滴仪的功能键置于“up”档，使油滴运动到显示屏的最高刻度线，然后油滴仪的功能键置于“down”档，使油滴运动到第二刻度线的时候开始计时，一直运动到最底端刻度线时计时停止。选择这段时间在8~20

4、s的油滴。3.正式测量选择满足上述条件的10颗油滴进行时间的测量，每个油滴重复测量5次。注意：计时结束时，一定要迅速将油滴仪的功能键置于“平衡”档，否则油滴就会运动到下极板而观察不到，进而无法测量5次。实验注意事项及学生容易出错的地方：1.实验前必须调节水准泡；2.每次都要调节平衡电压，要求每个油滴的平衡电压和下降时间都不同。3.擦拭极板时要关掉电源，以免触电；4.喷油时功能键应置于down处，即两电极板间电压为零。5.喷雾时喷雾器应竖拿,食指赌住气孔,对准油雾室的喷雾口,轻轻喷入少许即可。1.喷油后应将风口盖住，以防止空气流动对油滴的影响。2.注意跟踪油滴，随时调节显微镜镜筒，

5、不断校准平衡电压,发现平衡电压有明显改变,则应放弃测量，或作为一颗新油滴重新测量；3.选择平衡电压200V左右，下降1.5mm时间8-20s的油滴。数据处理与误差估算:油滴编号电压(V)t1t2t3t4t5t平均127021.1320.0120.3520.8021.0120.660228110.1010.409.8010.2010.1010.120315617.2018.0017.9017.1017.4017.520420722.7022.0322.3621.6922.0222.160521317.6617.4417.2216.8817.3317.306610520.0120.1

6、420.0120.1620.1220.08872609.029.119.089.079.109.076828321.3521.0221.1321.2420.8821.124923216.5316.4116.4416.6016.5516.5061016816.6617.1116.9916.8816.9916.926将=981kg/m3,g=9.795m/s2,=1.83×10-5kg/(m.s),=1.5mm,修正常数b=6.17×10-6m.cmHg,大气压p=76.0cmHg,d=5.00×10-3m,及上表中的平均时间带入(8)式可得到10个油滴的带电量q的大小及其与电子电荷

7、e的倍数n(已经四舍五入)。油滴编号12345678910电量q(×10-19C)3.169.247.083.695.298.4911.836.035.236.94n=q/e~26423574341.利用作图法qi-ni(i=1,2,3…10)(如图2所示)，在直线上任取一点(图中黑色方块)，可得直线的斜率即电子的电荷e值大小为：相对误差为：2.利用最小二乘法可得电子电荷值e的大小为=1.593×10-19C相对误差为：结果评定与分析讨论课堂评分序号要求分值1预习报告：内容完整（