密立根油滴实验中应注意的两个问题

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1、万方数据第17卷第2期大学物理实验V01．17No．22004年6月出版PHYSICALEXPERIMENTOFCOI上EGEJun·2()04：—===；===；===——==；======；；==：====；=================；=======一文章编号：1007—2934(2004)02一0030一02密立根油滴实验中应注意的两个问题朱世坤(三峡大学，宜昌，“3002)摘要本文讨论了密立根油滴实验中容易忽视的两个问题，并提出了解决问题的办法。关键词密立根油漓实验；带电荷数；数据处理中图分类号：0441文献标识码：A密立

2、根油滴实验在近代物理学发展进程中发挥过重要作用，它证明了电荷的不连续性，并精确地测定了基本电荷的数值，现在学习这一实验的设计思想和实验技巧，仍会引发学生思考，启迪学生思维。目前一般大学都开设了这一实验项目，但要取得更好的实验效果，除了认真地进行仪器水平调节和显微镜调节以外，还必须特别注意两个问题。l选择合适的带电油滴根据实验原理，通过调节平行极板问的电场力的大小，使其等于油滴的重力，弃掉电场后，油滴很快进入匀速直线运动状态，用平衡测量法可方便地测量油滴所带电量的大小，这似乎与油滴质量的大小、所带电量的多少无关。但是，要保证在实验装置一定的

3、情况下，提高测量精度，便于测量结果分析和数据处理，必须选择合适的油滴。对油滴的选择目前有两种方法，一种是实验经验的小结[1]，通过多次不同的测量比较，得出了选择平衡电压在200V以上，匀速下降2姗所用时间在20一30s范围内的油滴较合适的结论。另一种方法是根据油滴带电量的公式。利用MATLAB编程[引，得到多重曲线，通过分析油滴带电量与下降时间和平衡电压的关系，由图线得知，若要油滴匀速运动2mm所用时间在20一308之间，平衡电压需大于200V，这样的油滴带电量少，便于数据处理。这些方法虽各有特色，但也有一定的局限性。笔者认为，可以直接引

4、导学生根据误差传递公式进行分析。若使用MOD一4型油滴仪，用平衡法进行测量时，各油滴所带电量为：一f丝1耽矗g“8Ⅱ／、／2pglI，f1+上1I号(1)。6、p口，‘带入相关常数，并取l=2咖，(1)式简化为收稿日期：2003—9—2l一30—万方数据q=1．429。10“h(1+o．01959压)】jy一1(2)误差传递公式为△g／g=1．5△tg／fg+o．0146△fg／^：+o．01959￡g+△y／y(3)若旦。2％，根据误差均分原则有q1．5△fg／tg+o．0146△fg／√fg+o．01959tg一1％取tg=0．2s，

5、略去左端第二项，得tg一30s△古=1％取△矿=2y，贝qy一200y这与前面两种方法得到的结论相一致，这是为了达到口测量结果的精度要求，通过误差分析而得到的，体现了误差分析对实验的指导作用。这种方法简单明了，学生容易理解和掌握。2合理的处理实验数据为了证实电荷的不连续性，就应该求出实验测得的各个电荷值的最大公约数，并箅出每个带电油滴的电荷量子数。由于学生测量不熟悉。误差较大，求最大公约数有困难，通常采用“倒过来验证”的方法【3j，即把公认的电子电荷值当作最大公约数去求电荷量子数。这种处理方法存在着逻辑矛盾。不利于学生能力的培养．且在油滴

6、所带电荷数较多时会遇到困难。用作图法处理数据，假设各油滴带电量是某个定值8的整倍数，吼=饥；，吼与乃i是线形关系，斜率为e，截距为零。由于每个油滴所带电量是随机的，每个g。所对应的整倍数n。是多少不确定，可通过作图处理来确定磊与，t；的对应值。横坐标为整倍数，从o、l、2、3⋯⋯15(n；不宜太大)等间距标度，并通过各点作纵轴的平行线。纵轴为测得的各电量值g；，将口。从小到大按比例进行标度，通过各点作横轴的平行线[4】。从坐标原点开始向某一纵、横线交叉点作直线，其延长线通过任意一条水平线时，总有一条纵线通过(或近似通过)该交叉点，这样就找

7、到了各g；与之对应的厅；值。就证实了电荷的不连续性，斜率e为各gf的最大公约数。用解析法处理数据，设口i=nie，n；为整数，找出带电量最少的叽，并用叽分别去除其余各电量}=≥=c[‘】。c‘为两个整数的比值，一般不为整数，啦=c‘n，，只要能找到一个Yl¨'恰当的整数n，使各个ni均为整数或十分接近整数，就证实了电荷的不连续性。n。即为吼的电荷量子效，并可方便的求出基本电荷q=gi／n；。下面为一组学生实验数据：裹l(下转38页)一31—万方数据THESEARCHoFFRANCK—HERTZEXPER姗NTUYaoSongWenFuZh

8、uIj“uYin西iu(BeihuaUIliversit)r，Jilin，132013)Abstnct：nleFfanck—Henzexperimenthasmeas山edthefirstVo