关于密立根油滴实验教学的几点思考.pdf

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1、第35卷第6期物理教师Vol_35NO．62014年PHYSICSr]rEACHER(2Ol4)·物理实验·关于密立根油滴实验教学的几点思考王敏(东南大学吴健雄学院，江苏南京211189)摘要：在实验过程中，可利用直接观察法或极值对照法选取合适的油滴，及时正确处理油滴异常现象，使用表格法以及EXCEI中线性回归分析法对实验记录数据进行处理，从而验证电荷的不连续性，并得出基本电荷量为1．6×10C，并对实验误差进行了简要的分析．关键词：油滴；选取；异常现象；数据处理；误差分析密立根油滴实验以其“设备的简单化、方法的简便化、设(2)极值对照法．汁的巧妙性、结果的准确性”而成为近代物理学中的

2、经典物理通常我们选择平衡电压在15O～300V之间的油滴进实验．该实验证明了电荷的不连续性，并精确地测定了基本电行测量．当电压调到150V时，标准油滴此时处于下降状荷的数值，为实验上进一步测定其他一些物理量提供了可态，因此要舍弃上升的油滴；在剩余油滴中，选择运动较慢能性．密立根油滴实验是高中物理实验教学的一个重要的基的、体积较小的作为目标油滴．此时立刻将电压调至础实验．笔者模拟了这项科学工作，并对实验数据进行了分析300V，若油滴仍处于下降状态，应将这些油滴舍弃；而上和研究，进而总结出该实验中学到的方法和注意点．升的油滴则是我们所要寻找的油滴．1向学生讲清、讲透实验原理利用这种方法，我

3、们可以舍弃大部分不合适的油滴．相比利用密立根油滴仪进行实验．油滴进入两块相距为于直接观察法，这一举措省时方便，可以大大提高实验效率．的水平放置的平行极板之间，调节极间电压U使油滴静2．2能否保证不加电场时，选取的下降油滴做匀速运动止．由于空气的密度远小于油的密度，因此可以忽略空气油滴自由下落时，受重力和空气粘滞阻力的共同作，，r，的浮力作用，则油滴在平衡状态下有g一，即q一用，此时运动方程为trig-67cr一，M，即mgd百，其中，直接测量的量是d和U，油滴的质量ITI间接测鲁+(u一)U得．撤除极板问电压，油滴在重力作用下加速下落，由于空令，一～mg，则dv一，一，．因为警=，有气

4、粘性阻力_，作用，油滴很快以恒定速度下降．根据斯托克斯定律，有一6~rrfv(为空气粘滞系数，一1．83×-『dr'一一-flPa·S，r为油滴半径，为油滴下降速度)．平衡时，有—mg．当斯托克斯定律应用于非常小的油滴时，应对粘积分得，一Aex(一)，则／L、滞系数除以一个因子(1+兰)进行修正(b为修正常数，—、fAex(一)+毒．b一8．22×10m·Pa，P为大气压强，P=1．O13×由z—o，—o，得A一一毒，10。Pa)．再根据m一5-，，和一÷(为油滴匀速下降的O￡一[1-exp(一)]：距离，t为相应的时间)，得18r7。／l、。d盟IL6~rq’lLl。＼TJ。一U’_

5、1-exp(一势)]．户rJ令一，，=7，取r一7．5O×10m，f。：98lkg／m。，2引导学生归纳、总结实验注意点2．1如何选取合适的油滴口一1．83×10kg·1TI。。·s一，代人得≈5Obts．因此油滴(1)直接观察法．在重力场中自由下落很快就达到匀速运动，所以在观察视实验过程中，我们应尽量选择平衡电压为15o～野中一F降的油滴完全可以认为是在做匀速运动．300V，下降0．2CITI所需时间为15～35S的油滴．这样的2．3遇到异常现象怎么办油滴所带电荷量为2～9个基本电量，由于摩擦产生的额(1)油滴漂移现象．外电荷量对实验的影响较小，测出的结果更为准确．实验中，有时油滴存

6、在漂移现象．当油滴做定向漂移采用直接观察法选择合适的油滴，其缺点在于往往要时，应该调节调焦转筒，使油滴在视野里竖直下降．当油滴花费很长时间，甚至有时选定某一油滴观察一段时间后才无规律漂移时，可能是因为油滴太轻，此时应该选大一点发现该油滴不合适．的油滴．在喷油时涑度要慢，避免空气流造成油滴的漂移．V01．3No．64-#-W_教师第35卷第6期(2O14)PHYSICSTEACHER20l4年(2)油滴模糊、消失现象．我们可采用“倒过来验证”的方法，即用实验测得的电荷量在跟踪某一油滴时，有时油滴会突然变得模糊或消失，这q除以公认的电子电荷值一1．60×l0“C，结果近似为是由于平行极板未

7、水平，电场力与重力不在同一直线上，使油整数．该整数就是油滴所带的基本电荷的数目n，再由一滴未垂直下落．应小断微调显微镜焦距，跟踪油滴，防止它消，即得电子电荷值．失，井将仪器调水平．油滴在视野中消失，是因为器件使用高压，导致高温，油滴蒸发．此时应该选择新的油滴进行实验．(1)表格分析法．将所测量数据记录在表1中，并根据相关公式算出油3教给学生数据处理及误差分析方法滴的电荷量和电荷数目．通过表1，我们可以看出实验所得为了证明电荷的不连续性，并得到基