落球法测定液体的粘滞系数

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1、密立根油滴实验理学院物理实验教学中心大学物理实验关春颖副教授/博士一、实验目的通过对实验仪器的调整，油滴的选择、跟踪和测量，以及实验数据处理等，培养学生严谨的科学实验态度。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。测定基本电荷；基本电荷e的计算“倒过来验证”的办法进行数据处理。即用公认的电子电荷值e＝1.602×10-19C去除实验测得的电荷量q，得到一个接近与某一个整数的数值，这个整数就是油滴所带的基本电荷的数目n，再用这个n去除实验测得的电荷量q，即得电子的电荷值e。二、实验原理qEd+_Umg求m?已知油密度，求体积。把油

2、滴看成小球，求半径即可。加电场，油滴静止实验设计思想:使带电油滴在测量范围内处于受力平衡状态。式中η为空气粘滞系数，a为油滴的半径。不加电场，油滴匀速下落在平行板未加电压时，油滴受重力的作用而加速下降，由于空气粘滞阻力f的作用，下降一段距离后，油滴将匀速运动，速度为vg，此时f与mg平衡。mgfd由斯托克斯定律知，粘滞阻力为：斯托克斯定律适用于连续介质中球状物体所受的粘滞力。由于油滴甚小（直径10-6m)，可与空气分子的平均自由程相比拟，所以不能再将空气看成是连续介质，油滴所受粘滞力必将减小，粘滞系数应予以修正。b为修正系数，p为空气压强，a为未经修正过的油滴半径。将

3、（4）式代入（3）式得该式就是静态法测量油滴所带电荷的公式。实验仪器：OM99CCD密立根油滴仪喷雾器油三、实验仪器三、实验仪器四、实验内容和步骤调整仪器调仪器底部左右两只调平螺丝，使水准泡指示水平，这时平行极板处于水平位置。四、实验内容和步骤将油从油雾室的喷雾口喷入（喷一次即可），微调测量显微镜的调焦手轮，这时视场中出现大量清晰的油滴，如夜空繁星。2.练习测量试加上平衡电压（200V左右），改变其大小，驱散不需要的油滴，练习控制其中一颗油滴的运动。如此反复多次地进行练习，以掌握控制油滴的方法。记录油滴经过六个栅格间距所用的时间。注视其中的某一颗，仔细调节平衡电压，使

4、这颗油滴静止不动。然后去掉平衡电压，经过一定距离，油滴匀速下降，下降一段距离后再加上提升电压，使油滴上升。重复上述过程6次，分别记录平衡电压和匀速下降时间tg。3.用平衡法测量将已调平衡的油滴用“提升”控制移到起跑线上，然后拨向“0V”，油滴开始匀速下降的同时，计时器开始计时，当油滴到终点时，计时立即停止，迅速将电压拨至“平衡”，然后“提升”。注意：每次测量都需检查平衡电压，分别记下不同的平行板电压值。五、数据处理要求设计数据表格，记录油滴的平衡电压和下降时间;油滴一U/vTg/s平均求出电子电荷e并与标准电荷比较，求出相对误差。二U/vTg/s三U/vTg/s六、注

5、意事项通常选择平衡电压在200至300伏特之间，在20～30秒时间内匀速下降1.5毫米的油滴，其大小和带电量都比较合适。要做好本实验，很重要的一点是选择合适的油滴。选的油滴体积不能太大，太大的油滴虽然比较亮，但带的电荷比较多，下降速度也比较快，时间不容易测准确。油滴也不能选的太小，太小则布朗运动明显。测量油滴匀速下降一段距离L所需要的时间tg时，应先让油滴下降一段距离后再测量时间。选定测量的一段距离L，应该在平行板之间的中央部分，即视场中分划板的中央部分。若太靠近上电极板，小孔附近有气流，电场也不均匀，会影响测量结果。若太靠近下电极板，测量完时间tg后，油滴容易丢失，

6、影响测量。七、思考题实验中选择合适油滴的原则是什么？为什么使油滴作匀速运动或静止？实验中如何保证油滴在测量范围内作匀速运动？