密里根油滴实验实验报告.docx

1、密里根油滴实验实验报告密立根油滴实验实验报告实验原理：根据油滴在电场中作直线运动或静止两种运动方式分类，油滴法测电子电荷分为动态测量法和平衡测量法。1.动态测量法：考虑重力场中一个足够小油滴的运动，设此油滴半径为r，质量为m1，空气是粘滞流体，故此运动油滴除重力和浮力外还受粘滞阻力的作用。由斯托克斯定律，粘滞阻力与物体运动速度成正比。设油滴以匀速vf下落，则有(1)此处m2为与油滴同体积空气的质量，K为比例常数，g为重力加速度。油滴在空气及重力场中的受力情况如图示。若此油滴带电荷为q，并处在场强为E的均匀电场中，设电场力qE方向与重力方向相反，如图8.1.1-2所示，如果油滴以匀速vr上升，则

2、有(2)由式（1）和（2）消去K,可解出q为：(3)由（3）式可以看出来，要测量油滴上的电荷q，需要分别测出m1，m2，E，vr，vf等物理量。由喷雾器喷出的小油滴半径r是微米量级，直接测量其质量m1也是困难的，为此希望消去m1,而带之以容易测量的量。设油与空气的密度分别为r1,r2，于是半径为r的油滴的视重为:(4)由斯托克斯定律，粘滞流体对球形运动物体的阻力与物体速度成正比，其比例系数K为6phr，此处h为粘度，r为物体半径，于是可将公式（4）带入式（1）有(5)因此，(6)以此带入（3）并整理得到(7)因此，如果测出vr，vf和h，r1，r2，E等宏观量即可得到q值。考虑到油滴的直径与空

3、气分子的间隙相当，空气已不能看成是连续介质，其粘度h需作相应的修正此处p为空气压强，b为修正常数，b0.00823N/m,因此，(8)当精确度要求不太高时，常采用近似计算方法，先将vf带入（6）式计算得(9)再将此r0值带入中，并以入式（7），得(10)实验中常常固定油滴运动的距离，通过测量它通过此距离s所需的时间来求得其运动速度，且电场强度E=U/d，d为平行板间的距离，U为所加的电压，因此，式（10）可写成(11)式中有些量和实验仪器以及条件有关，选定之后在实验过程中不变，如d，s，(r1-r2)及h等，将这些量与常数一起用C代表，可称为仪器常数，于是式（11）简化成由此可知，度量油滴上的

4、电荷，只体现在U，tf，tr的不同。对同一油滴，tf相同，U和tr的不同，标志着电荷的不同。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。当油滴在电场中平衡时，油滴在两极板间受到的电场力qE，重力m1g和浮力m2g达到平衡，从而静止在某一位置，即油滴在重力场中作匀速运动时，情形同动态测量法，将式（4），（9）和带入式（11）并注意到则有3.元电荷的测量方法：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qi，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

5、为元电荷。实验中采用紫外线，X射线或放射源等改变同一油滴所带的电荷，测量油滴上所带电荷的改变值Dqi，而Dqi值应是元电荷的整数倍。即也可以用作图法求e的值，根据（14）式，e为直线方程的斜率，通过拟合直线，即可求得e值。实验仪器：仪器：密立根油滴仪、显示器、油滴管、实验总体装置密立根油滴实验总体装置：密立根油滴实验总体装置实物图密立根油滴实验总体装置仿真图1.密立根油滴仪：双击实验桌上密立根油滴仪小图标，弹出密立根油滴仪。密里根油滴仪实物图密立根油滴仪仿真图密立根油滴仪功能及其用法介绍：(1)电源开关：打开/关闭电源，控制平衡电压、提升电压和计时器。当电源关闭是，开关的指示灯为暗，此时单击鼠

6、标，可以打开电源，电源指示灯变亮(2)水平调节仪：调节密立根油滴仪和桌面的水平情况。单击鼠标即可打开水平调节装置，然后对水平调节的底座旋钮进行调节，这样就可以调，使水平调节装置的水平气泡处在中央位置，如果水平气泡不在中央位置，会影响观察油滴下落和上升时间的计量。(3)油滴管：喷出雾状油滴(4)显微镜：调节显示器的油滴是否清晰可见。点击密立根油滴仪的当中的显微镜观察窗旋钮，会自动打开显微镜观察窗的“针形”，调节旋钮使针形清晰可见。(5)平衡电压档：控制电压的正负极以及数值(6)提升电压档：在平衡电压数值的绝对值之上加上一定电压(7)计时器：记录油滴的上升和下落的时间(8)平衡电压旋钮：微调电压的

7、数值单击密立根油滴仪的水平气泡区域打开底座水平调节装置：其中底座水平调节装置包括两个部分，分别是：水平调节仪：气泡所在中心的位置：2.显示器：双击实验桌上显示器的小图标，弹出显示器的调节窗体；再单击调节窗体中的光电管会弹出调节光电管的方向键。键：光电管水平向左移动，键，光电管水平向右移动，键：光电管垂直方向增加高度，键：光电管垂直方向减小高度。显示器实物图显示器仿真图3.油滴管：单击油滴管产生油滴。油滴管实物图油滴管仿真图实验步骤：学习控制油滴在视场中的运动，并选择合适的油滴测量元电荷，要求测得6个不同的油滴8次以上。1.选择适当的油滴并测量油滴上所带电荷要做好油滴实验，所选的油滴体积要适中，

8、大的油滴虽然比较亮，但下降速度快，不容易测准确；太小则受布朗运动的影响明显，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。2.调整油滴实验装置油滴实验装置是油滴盒，油滴照明装置，调平系统，测量显微镜，供电电源以及电子停表，喷雾器等组成的，其实验装置如下图所示。其中油滴盒是由两块经过精磨的金属平板，中间垫以胶木圆环，构成的平行板电容器。在上板中心处有落油孔，使微小油滴可以进入电容器中间的电场空间，胶木圆环上有进光孔，观察孔。进入电场空间内的油滴由照明装置照明，油滴盒可通过调平螺旋调整水平，用水准仪检查。油滴盒防风罩前装有测量显微镜，用来观察油滴。在目镜头中装有分划板，

9、如下图所示。（请思考，电容器两极板不水平对测量有何影响？）电容器极板上所加电压由直流平衡电压和直流升降电压两部分组成。其中平衡电压大小连续可调，并可从显示屏上直接读数，其极性由换向开关控制，以满足对不同极性电压的需要。升降电压的大小可连续调节，并可通过换向开关叠加在平衡电压上，以控制油滴在电容器内上下的位置。油滴实验是一个操作技巧要求较高的实验，为了得到满意的实验结果，必须仔细认真调整油滴仪。(1)首先要调节调平螺丝，将平行电极板调到水平，使平衡电场方向与重力方向平行以免引起实验误差。(2)调节显微镜焦点，使油滴清晰显示在显示屏上。(3)喷雾器是用来快速向油滴仪内喷油雾的，在喷射过程中，由于摩

10、擦作用可使油滴带电。当油雾从喷雾口喷入油滴室内后，视场中将出现大量清晰的油滴，有如夜空繁星。试加上平衡电压，改变其大小和极性，驱散不需要的油滴，练习控制其中一颗油滴的运动，并记录油滴经过两条横丝间距所用的时间。3.正式测量(1)取平衡电压约200V、匀速下降时间约20s35s的油滴，测量油滴匀速运动2mm所用的时间。如果油滴过大，下降速度会过快，油滴过小，则布朗运动明显。数据处理时所需要的参数值如下：以上各式中的有关参考数据为：油密度空气密度重力加速度查当地值空气粘滞系数平行板间距修正系数(2)计算每个油滴的带电量，然后计算电子电荷。这里我们采用倒过来验证的方法，即用公认的电子电量值去除每个油

11、滴的电量，取一个最接近的整数，再用这个整数除油滴的电量，从而得到电子电荷的测量值。(3)将电子电荷的测量值与理论值进行比较，计算相对百分误差。为了提高测量结果的精确度，每个油滴上下往返次数不宜少于8次，要求测得6个不同的油滴。4.读取实验给定的其他有用常数计算电荷的基本单位（数据处理方法不限），并选取一个油滴计算所带电荷的标准偏差Dq/q。实验数据处理注意事项:实验前必须调节水准泡;(1)每次都要调节平衡电压，要求每个油滴的平衡电压和下降时间都不同。(2)擦拭极板时要关掉电源，以免触电;(3)喷油雾前将漏油开关打开节两电极板间电压在150-200V之间。(4)喷油时功能键K2应置于“平衡”处，调节两电极板间电压在150-200V之间。(5)喷雾时喷雾器应竖拿,食指赌住气孔，对准油雾室的喷雾口，轻轻喷入少许(喷1-2下 )即可;喷油太多，易堵塞上电极板中的落油孔。(6)喷油后，喷雾器应竖立放置。(7)喷油后应将风口盖住，以防止空气流动对油滴的影响。(8)注意跟踪油滴，随时调节显微镜镜简，不断校准平衡电压，发现平衡电压有明显改变，则应放弃测量，或作为一颗新油滴重新测量;(9)选择平衡电压80-300V左右，下 降2mm时间8- 30s的油滴。(10)严禁打开油滴盒盖，以免触电。