密立根油滴实验Word文档格式.docx

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二、原理

用油滴法测量电子的电荷，可以用静态平衡法，也可以用动态测量法进行测量。

平衡测量方法

用喷雾器将油喷入两块相距为d的水平放置的平行板电极之间。

油在喷射撕裂成油滴时，由于摩擦一般都是带电的。

设油滴的质量为m，所带的电荷为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22-1所示。

如果调节两极板间的电压，可使两力达到平衡，这时可得

mg=qE=q

（22-1）

从式（22-1）可见，为了测出油滴所带的电量q，除了需测定V和d外还需要测量油滴的质量m。

三、仪器

仪器主要由油滴盒、CCD电视显微镜、电路箱、监视器等组成。

油滴盒是个重要部件，加工要求很高，其结构见图22-4。

电路箱体内装有高压产生、测量显示等电路。

底部装有三只调平手轮，面板结构见图22-5。

详尽的仪器结构、使用方法，请参阅“CCD微机密立根油滴仪使用说明书”

四、内容

1．调节仪器将仪器放平稳，调节仪器底座上的三只调平手轮，使水泡指示水平，这时平行极板处于水平位置。

由于底座空间较小，调手轮时将手心向上，用中指和无名指夹住手轮调节较为方便。

照明光路不需调整。

只需将显微镜筒前端和底座前端对齐，然后将油从油雾室旁的喷口9喷入，喷油后再稍稍前后微调即可。

这时视场中出现大量清晰的油滴，如夜空繁星。

在使用中前后调焦范围不要过大，取前后调焦1mm内看得清晰的油滴较好。

2．练习测量

练习是顺利做好实验的重要一环，包括练习控制油滴运动，练习测量油滴运动时间和练习选择合适的油滴。

（1）练习控制油滴。

判断油滴是否平衡要有足够的耐性。

喷油后，注意观察，通过调整平衡电压，驱走不需要的油滴，直到剩下几颗缓慢运动的为止，注意其中的某一颗，用K2将油滴移至某条刻度线上，仔细调节平衡电压，使这颗油滴静止不动。

经一段时间观察油滴确实不再移动才可认为是平衡了。

然后去掉平衡电压，让它匀速下降，下降一段距离后再加上平衡电压，使油滴上升。

如此反复多次地进行练习，以掌握控制油滴的方法。

（2）练习测量油滴运动的时间。

任意选择几颗运动速度快慢不同的油滴，测出它们下降一段距离所需要的时间。

或者加上一定的电压，测出它们上升一段距离所需要的时间。

如此反复多练几次，以掌握测量油滴运动时间的方法。

（3）练习选择油滴。

选择一颗合适的油滴十分重要。

大而亮的油滴必然质量大，所带电荷也多，而匀速下降时间则较短，增大了测量误差和给数据处理带来困难。

用平衡法测量时，通常选择平衡电压为200～300v，匀速下落1.5mm的时间在8～20s左右的油滴较适宜。

喷油后，K2置“平衡”档，调W使极板电压为200～300v，注意几颗缓慢运动、较为清晰明亮的油滴。

试将K2置“0V”档，观察各颗油滴下落大概的速度，从中选一颗作为测量对象。

对于9英寸监视器，目视油滴直径在0.5～1mm左右的较适宜。

过小的油滴观察困难，布郎运动明显，会引入较大的测量误差。

测准油滴上升或下降某段距离所需要的时间，一是要统一油滴到达刻度线什么位置才认为油滴已踏线，二是眼睛要平视刻度线，不要有夹角。

反复练习几次，使测出的各次时间的离散性较小。

3．正式测量

（1）平衡测量法。

由式（22-8）可知，用平衡测量法实验时要测量两个量。

一个是平衡电压V，另一个是油滴匀速下降一段距离

所需要的时间t。

实验中，可将已调平衡的油滴用K2控制移到“起跑”线上，按K3（计时/停），让计时器停止计时，然后将K2拨向“0V”，油滴开始匀速下降的同时，计时器开始计时。

到“终点”时讯速将K2拨向“平衡”，油滴立即停止，计时也立即停止。

油滴的运动距离一般取1.0mm～1.5mm比较合适。

对同一颗油滴应进行６～10次测量，而且每次测量都要重新调整平衡电压。

如果油滴逐渐变得模糊，要微调显微镜跟踪油滴，勿使丢失。

用同样方法选择6～10颗油滴进行测量，求得电子电荷的平均值e。

自拟表格。

（2）动态测量法。

选做项目：

具体方法学生可根据实验原理，自拟。

五、数据处理

1．参照公式（22-8）计算q值。

2．参考数据如下：

（22-8）式中a=

油的密度ρ=981kg·

m－3

重力加速度g=9.80

空气粘滞系数η=1.83

kg·

m－1·

s－1

油滴匀速下降距离

=1.5

m

修正常数

m·

Pa

大气压强p=1.013×

105Pa

平行极板间距离d=5.00

3．计算基本电荷值e：

为了证明电荷的不连续性和所有电荷都是基本电荷e的整数倍，并得到基本电荷e值，我们应对实验测得的各个电量q求最大公约数。

这个最大公约数就是基本电荷e值，也就是电子的电荷量。

但由于学生实验技术不熟练，测量误差可能要大些，要求出q的最大公约数有时比较困难，通常我们用“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=1.60×

10-19C（库仑）去除实验测得的电量q。

得到一个接近于某一个整数的数值，这个整数就是油滴所带的基本电荷的数目n。

再用这个n去除实验测得的电量，即得电子的电荷值e。

用这种方法处理数据，只能是作为一种实验验证。

而且仅在油滴的带电量比较少（少数几个电子）时，可以采用。

当n值较大时情况如何?

4．将e的实验值与公认值比较，求相对误差。

（公认值e=1.60×

10-19库仑）。

注：

油滴实验也可以用作图法处理数据，即以纵坐标表示电量q，横坐标表示所选用的油滴的序号，作n~q关系图，就可用斜率求e值。

这种方法必须对大量油滴测出大量数据，作为学生实验，这是比较困难的。

如条件允许可试之。