密立根油滴实验报告.doc

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1、实验29密立根油滴实验——电子电荷的测量日期：2010.04.21桌号：1号第一次实验时：室温：24.2℃，大气压：102.4KPa第二次实验时：室温：25.0℃，大气压：102.3KPa实验人：张宝夫（理工学院08光信息1班）参加人：张介楠（理工学院08光信息1班）【仪器设备】密立根油滴仪，应包括水平放置的平行极板（油滴盒），调平装置，照明装置，显微镜，电源，计时器（数字毫秒计），实验油，喷雾器等。【实验目的】1．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，并测定电子的电荷值

2、e2．通过实验过程中；对仪器的调整、油滴的选择、耐心地跟踪和测量以及数据的处理等，培养学生严肃认真和一丝不苟的科学实验方法和态度3．学习和理解密立根利用宏观量测量微观量的巧妙设想和构思图1图1密立根油滴仪【实验原理】用油滴法测量电子的电荷，可以用静态（平衡）测量法或动态（非平衡）测量法，也可以通过改变油滴的带电量，用静态法或动态法测量油滴带电量的改变量。测量方法分述如下。1．静态（平衡）测量法用喷雾器将油喷入两块相距为d的水平放置的平行极板之间。油在喷射撕裂成油滴时，一般都是带电的。设油滴的质量为

3、m，所带的电量为q，两极板间的电压为V，则油滴在平行极板间将同时受到重力mg和静电力qE的作用，如图1所示。如果调节两极板间的电压V，可使两力达到平衡，这时（1）从上式可见，为了测出油滴所带的电量q，除了需测定平衡电压V和极板间距离d外，还需要测量油滴的质量m。因m很小，需用如下特殊方法测定：平行极板不加电压时，油滴受重力作用而加速下降，由于空气阻力的作用，下降一段距离达到某一速度后，阻力与重力mg平衡，（空气浮力忽略不计），油滴将匀速下降。根据斯托克斯定律，油滴匀速下降时：（2）其中η是空气的粘

4、滞系数，a是油滴的半径（由于表面张力的原因，油滴总是呈小球状）。设油滴密度为ρ，油滴的质量m可以用下式表示（3）由式（2）和式（3）可得油滴的半径（4）对于半径小到m的小球，空气的粘滞系数η应作如下修正这时斯托克斯定律应改为：其中b为修正常数，b=6.17×m/cmHg，p为大气压强，单位为厘米汞高(cmHg)。得：（5）式（5）右边根号中还包含油滴的半径a，但因它处于修正项中，可以不十分精确，因此可用式（4）计算。将式（5）代入式（3），得（6）至于油滴匀速下降的速度，可用下法测出：当两极板间的

5、电压V为零时，设油滴匀速下降的距离为l，时间为，则（7）将（7）式代入（6）式，（6）式代入（1）式，得（8）上式是用平衡测量法测定油滴所带电量的理论公式。2．动态（非平衡）测量法平衡测量法是在静电力qE和重力mg达到平衡时导出式（8）进行实验测量的。非平衡测量法则是在平行极板上加以适当的电压V，但并不调节V使静电力和重力达到平衡，而是使油滴受静电力作用加速上升。由于空气阻力的作用，上升一段距离达到某一速度后，空气阻力、重力与静电力达到平衡（空气浮力忽略不计），油滴将匀速上升。这时：（9）当去掉平

6、行极板上所加的电压V后，油滴受重力作用而加速下降。当空气阻力和重力平衡时，油滴将以匀速下降，这时：（10）（11）实验时取油滴匀速下降和匀速上升的距离相等，设都为l。测出油滴匀速下降的时间为，匀速上升的时间为，则；（12）将式（6）油滴的质量m和式（12)代入式（11）得（13）从实验所测得的结果，可以分析出q只能为某一数值的整数倍，由此可以得出油滴所带电子的总数n，从而得到一个电子的电荷值为e=qn（14）从上讨论可见：（1）用平衡法测量，原理简单、直观，且油滴有平衡不动的时候，实验操作的节奏可

7、以进行得较慢，但需仔细调整平衡电压；用非平衡法测量，在原理和数据处理方面较平衡法要麻烦一些，且油滴没有静止不动的时候，实验操作略一疏忽，油滴容易丢失，但它不需要调整平衡电压。（2）比较式（8）和式（13），当调节电压V使油滴受力达到平衡时，油滴匀速上升的时间→∞，两式相一致。可见平衡测量法是非平衡测量法的一个特殊情况。【实验内容】1．调整仪器将仪器放平稳，调节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。预热10分钟，利用预热时间从测量显微镜中观察，如果分划板位置不正，则转

8、动目镜头，将分划板放正，目镜头要插到底。调节接目镜，使分划板刻线清晰。将油从油雾室旁的喷雾口喷入（喷一次即可），微调测量显微镜的调焦手轮，这时视场中即出现大量清晰的油滴，如夜空繁星。对MOD－5C型与CCD一体化的屏显油滴仪，则从监视器荧光屏上观察油滴的运动。如油滴斜向运动，则可转动显微镜上的圆形CCD，使油滴垂直方向运动。注意：调整仪器时，如果打开有机玻璃油雾室，应先将工作电压选择开关拨向“下落”位置。2．练习测量（1）练习控制油滴如果用平衡法实验喷入油滴后，在平行极板上加工作（