密立根油滴实验的探讨和联想.doc

浅谈密立根油滴实验 交通运输学院运输1110班 管岭 学号：11255004浅谈密立根油滴实验 北交大交通运输学院 管岭 学号：11255004摘要：讨论了密立根油滴实验的具体过程，对实验中遇到的问题进行了探讨和思考，同时对实验进行反思，总结其中运用到的方法，从中提高实验能力。关键词：密立根油滴实验 讨论思考一 引言1897年，英国著名物理学家约翰汤姆逊发现了电子。1909年开始，美国物理学家密立根做了著名的油滴实验，测量了电子电荷、电子的质量、电子的荷质比，而且确定了电子电荷是电量的最小单位。密立根花费了数年进行油滴实验，1913年他得到电子电荷的数值为1.59210-19C，略小于现在公认的基本电荷值，e=1.6021765310-19C。但是要设计并完成实验并不是容易的事，需要有丰富的物理知识和很强的创新能力二 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 图1 式中是空气的粘滞系数，是油滴的半径，这时有 图 2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与重力相反，如图2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，则有： 又因为E=V/d 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 式中是油滴的密度。由（）和（）式，得油滴的半径 ，空气的粘滞系数应修正为 式中为修正常数，为空气压强，为未经修正过的油滴半径。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，匀速上升的时间e，则 将（）、（）、（）、（）式代入（），可得 此公式就是本实验的所用的基本公式。此实验运用MOD-5型油滴仪进行测量。三、实验中简单注意的问题1. 视场中看不到油滴。其原因有喷雾器发生故障,油雾开关未打开或油雾孔堵塞时,所以在视场中便看不到油滴。(1)喷雾器使用一段时间后,常会发生压气球阀门漏气、吸油管或喷气管断裂等故障,致使喷雾器不能很顺利地喷出油雾,这时应修理或更换喷雾器。 (2)由于仪器的喷雾口与油雾开关距离较近,做实验时一不小心就会碰到油雾开关,使油雾开关关闭,因此在喷油时一定要检查油雾开关是否打开。 (3)喷雾时若操作不当,就会堵塞油雾孔。喷雾时,喷雾器应竖拿,食指阻住出气孔,把喷雾器对准油雾室的喷气口,轻轻喷入少许油即可。2.出现油滴漂移现象。视场中的油滴若发生快速漂移,将使实验无法进行,油滴漂移的原因主要有以下几点: (1)微粒的布朗运动,漂移速度和范围一般较小,不影响实验。 (2)仪器没有调水平,使电极板倾斜,或仪器已调水平而上电极板没有放水平,会使油滴所受电场力和重力不在一条直线上,而使得油滴前后左右移动,应检查一下水准仪是否调平。3. 油滴不能调平衡和不能控制。(1)平衡电压大小不可调,也不能改变油滴的速度,即油滴的不能调平衡.其原因是平衡电压调节电位器失灵,将会造成上,下极板间的电压不能调节,致使油滴不能调平衡,应更换电位器.(2)虽然平衡电压可调,但调节时不能改变油滴的速度,即油滴不能调平衡.其原因有:上电极板压簧松动接触不良,平衡电压多档拨动开关的接触簧片松动等.以上原因均会造成上,下极板间没有电压或电压不正常,致使油滴不能调平衡,应逐步检查解决. 四实验中运用的思想方法油滴实验中将微观量测量转化为宏观量测量的巧妙设想和精确构思，以及用比较简单的仪器，测得比较精确而稳定的结果等都是富有启发性的。 微观转化为宏观是物理实验中运用到的极为重要的方法。简单的说就是放大思想如上学期实验中测量杨氏模量就运用了这种思想。历史上，著名的卡文迪许扭秤实验也运用了放大。以后的实验设计中要注意灵活运用各种物理实验方法和技巧。五、实验总结 该实验是获得诺贝尔奖的实验。如今，随着时代和科技的进步，实验装置越来越先进。我们做这个实验操作就比较简单，但同时也遇到了很多问题，注意反思，如如何选取到合适的油滴问题。我们要体会到密立根在那个时代做这个实验的艰辛，要体会到这个实验的伟大之处。 同时，学会遇到问题解决问题的方法，遇到问题时要注意分析原理，独立思考，然后再去请教，要不断反思。 实验中寻找一个合适的油滴是难点，注意要不断尝试，不断选取。特别要