实验题目：用密立根油滴实验测电子电荷e

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1、5-实　验　报　告ＰＢ０５００７２０４　李东永实验题目：用密立根油滴实验测电子电荷e；实验目的：学习测量元电荷的方法，并训练物理实验时应有的严谨态度与坚　　忍不拔的科学精神。实验原理：1）密立根油滴实验测定电子电荷的基本设计思想是使　　带电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。在本实验中采取的是平衡测量法。2）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。对油滴的受力分析如右图所示则当油滴在电场中平衡时，油滴在两极板间受到电场力qE、重力和浮力达到平衡，从而静

2、止某一位置。即：当油滴在重力场中作匀速运动时，则有：a．（油与空气的密度分别为、，油滴的半径为r）；b．（为空气黏度，v为油滴下落速度）-4-所以可以得到：3）元电荷的测量法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。所以通过求出各个油滴所带的电荷数，进而就可以求得e值。实验内容：１.选择大小适中的带电油滴（一般直径在1mm左右），调节平衡电压，油滴平衡（平衡电压一般在50V～450V之间）；２.在重力场中测油滴下落时间t，每个重复７次

3、，下落距离取１mm（４格），测９个不同的油滴；３.将所有数据输入微机处理并记录。原始数据：油滴序号电压/V下降1mm所需时间t/s12361.041.021.021.021.001.031.0121341.431.491.421.471.451.461.4532031.341.381.361.321.351.371.3742171.011.021.041.031.031.021.0152551.021.021.001.020.991.031.0362611.051.041.061.061.071.061.0773991.351.341.321.331.361.341.3282220.85

4、0.870.860.870.880.860.8891451.321.321.311.281.281.271.33数据处理：将实验的原始数据输入微机，处理结果如下：第K粒油滴平均值电荷q/C电子数ne/C误差K=14.428e-172761.603e-190.0869%K=24.558e-172841.603e-190.0882%K=33.342e-172081.602e-190.0340%K=44.795e-172991.601e-190.0472%-4-K=54.115e-172571.600e-190.12%K=63.784e-172361.601e-190.0335%K=71.73

5、6e-171081.599e-190.175%K=86.210e-173751.603e-190.0641%K=94.980e-173111.601e-190.0445%总平均值——————1.601e-190.0145%注意事项：1.防止油污染ＣＣＤ镜头；2.防止损坏喷雾器（无处购买）；3.在实验过程中，要控制好电压的范围在50V～450V之间；4.选油滴的过程中要尽量控制好油滴的大小，否则大的油滴虽然比较亮，但一般带的电荷多，下降速度太快，不容易测准确；太小则受布朗运动影响明显，测量结果涨落很大，也不容易测准确。因此应该选择质量适中，而带电不多的油滴。误差分析：本实验中的误差主要来源

6、于对油滴的位移的控制上，因为油滴的速度比较快，所以若要控制油滴的位移正好为4格（即1mm）有些困难，因此由于位移控制得不准确，所以就会造成一些误差。另外，油滴上电荷的改变也是造成实验误差的原因之一。思考题：１．为什么必须使用油滴作匀速运动或静止？实验室中如何保证油滴在测量范围内作匀速运动？答：1.因为本实验中采用的测量方法为平衡测量法，而且让油滴作匀速运动或静止的时候油滴不具有加速度，减少了测量时的步骤，而此时油滴的运动状态也比较容易分析，因此做出的实验结果也比较准确，所以使油滴做匀速运动或静止；2.使油滴开始运动时的加速度足够大，这样油滴加速的时间就比较短，这样在一定的误差范围内就可以

7、认为油滴作匀速运动。２．怎样区别油滴上电荷的改变和测量时间的误差？答：因为油滴上电荷的改变具有方向性，而测量时间的误差具有随机性，所以将测量出的时间和标准值相比较：若测量出的时间只分布在标准值的某一侧，则有极大的可能是由油滴上电荷的改变而造成的误差；若测量出的时间分布在标准值的两侧，且基本符合随机误差分布原理，则最可能是在测量时间过程中产生的误差。由于测量次数极为有限，并且反应时间的误差可能会覆盖电荷改变引起的时间差，因此这样判断不