利用密立根油滴测电子电荷.doc

利用密立根油滴仪测电子电荷【实验目的】1、 理解电荷的量子性2、 了解密立根油滴仪的结构和使用方法3、 完成对电子电荷的测定【实验仪器】OM99型CCD密立根油滴仪、载有数据处理系统软件计算机(可选)【实验原理】1、 概述物体所带的电量都是最小电量e0(=1.6*10-19C)的整数倍，也就是说物体所带的电荷是不连续的，即电荷具有量子性。用油壶将油滴喷入两平行板中后， 油滴由于摩擦一般都会带电，所以可以通过测定来确定电子电量。2、 原理推导dmgfrEq=(V/d)q如果油滴向下运动，则油滴的受力如图所示，是油滴受到的粘滞阻力，,其中是常数，表示离子的半径,是离子运动的速度,是考虑到不能把空气当作是连续,均匀介质的修正项。取速度为零的离子带电油滴进入电场中时，速度不断的增大。最后达到, (1)粒子静止时对应的电压叫做该粒子的平衡电压,这个数可以通过仪器读出来,是两个极板之间的距离为,表示的是油滴的质量,由于要测哪一个油滴预先根本不知道,所以油滴的质量也是测不出来的,所以通过该式子是不能够得到的.所以下面问题的关键变为测粒子的质量.又根据, (2)上式中表示油滴的密度,是给定的;表示油滴的半径需要测量但是又不能直接测量.下面问题的关键转变为求离子的半径.mgfr以上考虑的是加有电压的情况,下面考虑不加电压的情况.不加电压时离子向下运动,受力如图所示:(没考虑修正项) (3)在这整个过程中,加速的过程是非常短暂的,大部分时间都是离子用来作匀速运动的.考虑到修正项得到,其中把离子在无电场环境中作匀速运动的速度叫做,其中表示离子在无电场环境中自由下落所用的时间,即,即显示器上的六格;表示下落需要的时间,在显示器上给出了,这样半径就知道了.最后得到:式中只有是没有直接给出来的.无电压时自由下落六格的距离为1.5mm; 无电压时自由下落六格的时间,显示器上读; 加电压时离子静止时对应的电压值.代入各种常数,得到: 所以实验的关键是读出平衡电压和无电压时匀速下落六格所用的时间.根据所带电量的量子性,采用逆推法,如=25.56,则,就得到所对应的.由于采用的是逆推法,所以所得的误差是不会很大的.【数据处理】次数V(V)112953.603.1212952.60312851.40412953.60513352.87614452.29714853.35813153.72913152.631013151.11【仪器介绍】1、 上下极板,间距是2mm.(卸下来让学生看看),注意:通电时,不要用手触摸,以防中电2、 喷油壶3、 显微镜,又来观察油滴在两极板之间的运动情况4、 显示器,与显微镜连通,便于观察油滴运动的情况用来控制极板的极性我们打在”-”上就行+-5、 面板上各个按钮的说明提升平位0V通过给油滴加电压来控制油滴的运动平位档:给定一平衡电压,让该电压下的离子静止提升档:给离子加一个在平位电压基础上较大的电压,使离子向上运动0V:不给离子加电压,使离子向下运动计时/停联 动停上时:0V:清零开始计时,平位:计时停止【实验步骤】1、 将油滴仪放平稳,调节左右两只调平螺丝,使水准泡处于中央,此时平行极板便处于水平位置,保证电场和重力场平行.2、 检查个通孔是否通的.如上盖的金属孔、上极板的孔、显微镜上的孔)3、 将平衡电压调在约200V左右.(实际上,200V并不一定就是油滴的真正平衡电压,而是说多数油滴会在200V左右容易平衡,即加这个电压,离子静止在那里.)4、 喷油壶,在显示屏上会看到很多的油滴,如果没有油滴出现,则可以调节显微镜上的调焦按钮,或检查各路是否通,而在显示屏上出现油滴.5、 注意几颗运动缓慢、明亮的油滴,调节平衡电压使油滴静止,则现在的平衡电压就是该油滴的平衡电压.6、 开始测量,利用”提升”将油滴移到某一横线上,然后扳到0V上,使油滴在无电场的情况下匀速下落六格,到六格时扳到”平衡”使油滴静止.并记下离子下落的时间.也就是说”提升”使离子向上运动,“0V”使离子向下运动,”平位”使离子静止.7、 重复做十次【检查数据】由于选取的油滴不同,实验结果也不同V:200-300V, tg:8-20S【思考题】思1.实验过程中,为什么油滴会从视场中消失,即出现油滴飘移?答:(1)出厂前水准泡没有调好,致使电