动态法测油滴电荷量教案.doc

实验设计方案实验题目专业班级姓名学号实验设计时间物理实验教学中心实验题目实验目的参考文献理论依据结结果要求实施方案仪器选择仪器名称仪器量程仪器精度其它参数指导教师意见物理设计性实验报告实验题目姓名学号预习成绩实验时间操作成绩班级台号实验成绩指导教师批阅时间年 月 日物理实验教学中心动态法测油滴的电荷量引言：密立根油滴实验一般有动态法和静态法两种方法。静态法通过测量油滴的平衡电压和下落时间求出油滴的电荷量，在测量平衡电压时要经过较长时间的观察，判断油滴是否处于平衡状态，在这个过程中布朗运动会对油滴的位置产生很大的影响，因此平衡电压的测量会有很大的误差。动态法的特点是不需要测量平衡电压，实际测量的是在不同电压的油滴运动时间，求出油滴的电荷量。实验目的：学习用OM99 CCD微机密立根油滴仪测量油滴在不同电压下运动时间的方法，学习动态法测量油滴电荷量的原理，验证物体带电的量子化。实验原理一个质量为m，带电量为的油滴处在二块平行极板之间，在平行极板未加电压时，油滴受重力作用而加速下降，由于空气阻力的作用，下降一段距离后，油滴将作匀速运动，速度为vg，这时重力与阻力平衡（空气浮力忽略不计），如图1所示。根据斯托克斯定律，粘滞阻力为 （1）式中是空气的粘滞系数，是油滴的半径，油滴作匀速运动时有 （2） 图1当在平行极板上加电压V时，油滴处在场强为的静电场中，设电场力q方向向上，大于重力，如图1所示，使油滴受电场力加速上升，由于空气阻力作用，上升一段距离后，油滴所受的空气阻力、重力与电场力达到平衡（空气浮力忽略不计），则油滴将以匀速上升，此时速度为v，则有： （3）又因为 （4）由上述（2）、（3）、（4）式可解出 （5）为测定油滴所带电荷，除应测出、和速度v、v外，还需知油滴质量，由于空气中悬浮和表面张力作用，可将油滴看作圆球，其质量为 （6）式中是油滴的密度。由（2）和（6）式，得油滴的半径 （7）考虑到油滴非常小，空气已不能看成连续媒质，空气的粘滞系数应修正为 （8）式中为修正常数，为空气压强，（8）式中应为未经修正过的油滴半径，由（7）式计算在（5）、（7）中；由（8）、（7）、（6）、（5）推出油滴的电荷量为 （9）式中 油的密度（20）重力加速度 （南京）空气粘滞系数 油滴匀速下降距离 修正常数 大气压强 平行极板间距离 三个测量值：V是提升电压、te是上升时间、tg是下落时间实验仪器OM99油滴仪8上盖板9喷雾口10油雾孔11上电极压簧12 油滴盒基座1油雾杯2油雾孔开关3防风罩4上电极5油滴盒6下电极7座架图3仪器主要技术指标平均相对误差：3% 平行极板间距离：5.00mm 0.01mm极板电压：DC0700V可调 提升电压：200V300V数字电压表：0999V 1V 数字毫秒计：099.99秒 0.01秒 电视显微镜：放大倍数60（标准物镜），120（选购物镜）分划板刻度：2种分划板，电子方式，垂直线视场分八格，每格值0.25mm电源：220V、50HZ实验步骤：1 检查并打开仪器,重点检查油滴洞是否堵塞,2 用喷壶喷入油滴,从油滴中选择一个平衡电压在100V左右,自由下降时间在5s到30s之间的油滴,记录其平衡电压和自由下落2mm的时间3在平衡档，先调压将油滴移动到上边，再将电压降低到0伏，使油滴下落,配合计时开关，记录电压为0伏对应的下落时间5到7组（油滴下降距离取 ）。4上升时先将油滴移动的下边，再将电压提高到某个值，使油滴上升,配合计时开关，记录电压和对应的上升时间5到7组（油滴下降距离取 ）记录表1 提升电压= 平衡电压：Tg/sTe/s12345平均数据处理（提示：插入对象公式，要求会用公式编辑器，排版后，打印，列出公式。代数过程、计算结果、单位）平均tg=te=n=q/e=n=En=结果与误差分析（）注意事项1计时是要用手动控制,要注意与油滴上升同步（一人控制油滴、调节仪器、另一个人记录数据，避免油滴丢失）2所选取油滴平衡电压在50200V之间，自由下落时间不能太快思考题：1动态法与静态法比较有什么优点？2 如何避免匀速运动之前的加速过程对测量结果的影响？3实验进行中