密立根油滴法测电子比荷及试验数据处理思考

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1、密立根油滴法测电子比荷及关于数据处理的思考实验人：杨谨鸿20111135016阎善为20111135004摘要：熟练实验原理，掌握实验环境，精确实验操作，准确记录数据，是准确测定电子电荷的前提保障；在处理数据时，如采取一定技巧，也能对得到准确结果起到很大的帮助。本实验采用“倒过来验证”的方法处理试验数据，还可以采用图像法和“逐次相减法”处理试验数据，并且从实验的误差分析的角度来考虑方法的合理与否，提出自己关于测量微小量m的设想。关键词：处理数据；技巧；方法；误差分析1试验过程回顾1.1试验原理基本设计思想是使带电

2、油滴在测量范围内处于受力平衡的状态。按油滴作匀速运动或静止运动两种运动方式分类，油滴法测电子电荷分动态测量法和平衡测量法。一、动态测量法（1）考虑重力场中一个足够小油滴的，设此油滴半径为r，质量为m,空气是粘滞流体，故此运动油滴除重力和浮力外还受粘滞阻力的作用。由斯托克斯定律，粘滞阻力与物体运动速度成正比。设油滴以匀速度vf下落，则有（1）受力情况如图1。（2）若此油滴带电荷为q，并处在场强为E的均匀电场中，设电场力qE方向与重力方向相反，如图2所示，如果油滴以匀速v上升，则有（2）由（1）和（2）消去K，可解出

3、q为（3）（3）由喷雾器喷出的小油滴的半径r是微米数量级，直接测量其质量也是困难的，为此希望消去，而代之以容易测量的量。设油与空气的密度分别为、，于是半径为r的油滴的视重为：（4）由斯托克斯定律，粘滞流体对球形运动物体的阻力与物体速度成正比，其比例系数K为，此处为粘度，r为半径。于是可将式（4）带入式（1），有：（5）因此（6）以此代入式（3）并整理得到（7）（4）考虑到油滴的直径与空气分子的间隙相当，空气已不能看成连续介质，其粘度需作相应的修正此处p为空气压强，b为修正常数，b=0.00823，因此，（8）当精

4、确度要求不太高时，常采用近似计算方法先将v值代入（6）计算得（9）再将r值代入中，并以代入（7），得（10）实验中常常固定油滴运动的距离，通过测量它通过此距离s所需要的时间来求得其运动速度，且电场强度，d为平行板间的距离，U为所加电压，因此，式（10）可写成（11）二、平衡测量法平衡测量法的出发点是，使油滴在均匀电场中静止在某一位置，或在重力场中作匀速运动。三、元电荷的测量法(1)测量油滴上带的电荷的目的是找出电荷的最小单位e。为此可以对不同的油滴，分别测出其所带的电荷值q，它们应近似为某一最小单位的整数倍，即油

5、滴电荷量的最大公约数，或油滴带电量之差的最大公约数，即为元电荷。(2)实验中常采用紫外线、X射线或放射源等改变同一油滴所带的电荷,测量油滴上所带电荷的改变值，而值应是元电荷的整数倍。即＝（其中为一整数）　　　（13）也可以用作图法求e值，根据（13），e为直线方程的斜率，通过拟合直线，即可求得e值。1.2试验仪器密立根油滴仪包括油滴盒系统，油滴照明装置，调平装置，测量显微镜，CCD电子显示系统，供电电源以及计时器，喷雾器等。油滴室是由两块平行极板（上下电极板）中间垫以绝缘圆环组成，平行板间的距离为d，绝缘圆环上有

6、发光二极管的照明孔，显微镜观察孔和紫外线进光的石英玻璃窗口。油滴盒放在防风罩里。上电极板中间有直径为0.4mm的小孔，油滴从油雾室经过油雾孔和小孔进入上下电极板之间。油滴的运动情况经过防风罩外面的显微镜成像，其图像经CCD电子显示系统转换后显示在监视屏幕上。油滴下落的距离l通过视场所见的分划板刻度尺测量。油滴运动时间由计时器测定。油滴盒可用调平螺丝调节水平，并由水平仪进行检查。密立根油滴仪装有紫外线光线，按下显微镜筒右侧版面上的汞灯按钮，紫外线通过石英玻璃窗口进入油滴室内，可使油滴室内空气电离后改变油滴所带的电量

7、q。电源部分提供四种电压：u500V直流工作电压；v200V左右的提升电压；w5V的数字电压表、数字计时器、发光二极管等的电源电压；x12V的CCD电源电压。1.3试验内容1.3.1.调整仪器通过调节仪器底部的调平螺母，使仪器水预热10分钟。将油喷入，微调显微镜的调焦手轮，使视出现大量清晰地油滴。1.3.2测量工作练习控制油滴：在平行极板上加平衡电压作电压选择开关置于“平衡”挡，注视某一颗仔细调节平衡电压使油滴静止不动，然后去掉电压使其自由下落，下落一段距离后再加“提电压，使其上升，反复多次。测量油滴运行时间：选

8、择快慢不同的油滴计时器测量它们下降一段距离的时间，或者上段距离的时间，反复多次。1.3.3正式测量从式（11）中可见，实验测量中主要有两理量需要测量：平衡电压U，另一个去掉平衡下降一段距离l所需要的时间t。其中选择下降距离l应该选择为2.00cm比适。对同一颗油滴需要进行6~8次的测量，每要重新调节电压，如果油滴变得模糊，则需要显微镜的调焦手轮跟踪油滴。1.3.4数据的预