Millikan_s_oil_drop_experiment.doc

密立根油滴实验原理用喷雾器将油滴喷入电容器两块水平的平行电极板之间时，油滴经喷射后，一般都是带电的。在不加电场的情况下，小油滴受重力作用而降落，当重力与空气的浮力和粘滞阻力平衡时，它便作匀速下降，它们之间的关系是：（1）式中：mg油滴受的重力，F1空气的粘滞阻力，B空气的浮力。令、P分别表示油滴和空气的密度；a为油滴的半径；为空气的粘滞系数；vg为油滴匀速下降速度。因此油滴受的重力为，空气的浮力，空气的粘滞阻力（流体力学的斯托克斯定律）。于是（1）式变为：可得出油滴的半径（2）当平行电极板间加上电场时，设油滴所带电量为q，它所受到的静电力为qE，E为平行极板间的电场强度，EUd，U为两极板间的电势差，d为两板间的距离。适当选择电势差U的大小和方向，使油滴受到电场的作用向上运动，以vE表示上升的速度。当油滴匀速上升时，可得到如下关系式：（3）上式中F2为油滴上升速度为vE时空气的粘滞阻力：由（1）、（3）式得到油滴所带电量q为（4）（4）式表明，按（2）式求出油滴的半径a后，由测定的油滴不加电场时下降速度vg和加上电场时油滴匀速上升的速度vE，就可以求出所带的电量q。注意上述公式的推导过程中都是对同一个油滴而言的，因而对同一个油滴，要在实验中测出一组vg、vE的相应数据。用上述方法对许多不同的油滴进行测量。结果表明，油滴所带的电量总是某一个最小固定值的整数倍，这个最小电荷就是电子所带的电量e汤姆生阴极射线实验在阴极射线的争论中，J.J.汤姆生认为带电微粒说更符合实际。X射线的发现宣布后，他立即用X射线轰击气体。从X射线能使气体电离的现象中他更加深刻地认识到阴极射线的粒子性，下决心以更鲜明的实验来证实这一特性。为此，他做了如下实验：1. 测阴极射线的电荷2. 使阴极射线在静电场中偏转。3. 测阴极射线的荷质比。从以上两实验, 汤姆生已可明确无误地证明阴极射线是由某种带负电的微粒组成。这种微粒是什么，汤姆生进一步对阴极射线的荷质比进行了大量的测量。最后得到阴极射线微粒的质荷比为10-11千克库仑, 比氢离子的质荷比10-8千克库仑小千倍。就这样电子被发现了。汤姆生进一步又研究了许多新发现的现象，以证明电子存在的普遍性。他根据别的许多实验（包括勒纳的铝窗实验）判定, 阴极射线的微粒要比普通分子原子小得多, 是原子的组成部分。光电效应是1887年赫兹发现的，但时隔十几年，光电流的本质仍未搞清。1899年，J.J.汤姆生用磁场偏转法测光电流的荷质比。得到的结果与阴极射线相近，证明光电流也是由电子组成的。热电发射效应是1884年爱迪生（T. Edison）发现的，所以也称爱迪生效应。爱迪生当时正在研究白炽灯泡，发现灯泡里的白炽碳丝加热后有负电逸出。1899年，J.J.汤姆生同样用磁场截止法测其荷质比，证明这一负电荷也是电子。射线是卢瑟福（E. Rutherford）在1898年发现的，不久，贝克勒尔用磁场和电场偏转法测得射线的荷质比和速度，证明射线是高速电子流。J.J.汤姆生掌握了大量的实验事实，果断地作出判断：不论是阴极射线、射线还是光电流，都是电子组成的；不论是由于强电场的电离、正离子的轰击、紫外光的照射、金属受灼热还是放射性物质的自发辐射，都发射出同样的带电粒子-电子。这种带电粒子比原子小千倍，可见，电子是原子的组成部分，是物质的更基本的单元。这是一个非常重要的结论。原子不可分的传统观念彻底破灭了。质谱法用电场和磁场将运动的离子（带电荷的原子、分子或分子碎片）按它们的质荷比分离后进行检测的方法。测出了离子的准确质量，就可以确定离子的化合物组成。这是由于核素的准确质量是一多位小数，决不会有两个核素的质量是一样的，而且决不会有一种核素的质量恰好是另一核素质量的整数倍。简史1898年W.维恩用电场和磁场使正离子束发生偏转时发现,电荷相同时，质量小的离子偏转得多,质量大的离子偏转得少。1913年J.J.汤姆孙和F.W.阿斯顿用磁偏转仪证实氖有两种同位素kg1Ne和kg1Ne阿斯顿于1919年制成一台能分辨一百分之一质量单位的质谱计，用来测定同位素的相对丰度，鉴定了许多同位素。但到1940年以前质谱计还只用于气体分析和测定化学元素的稳定同位素。后来质谱法用来对石油馏分中的复杂烃类混合物进行分析，并证实了复杂分子能产生确定的能够重复的质谱之后,才将质谱法用于测定有机化合物的结构,开拓了有机质谱的新领域。原理待测化合物分子吸收能量（在离子源的电离室中）后产生电离，生成分子离子，分子离子由于具有较高的能量，会进一步按化合物自身特有的碎裂规律分裂，生成一系列确定组成的碎片离子，将所有不同质量的离子和各离子的多少按质荷比记录下来，就得到一张质谱图。由于在相同实验条件下每种化合物都有其确定的质谱图，因此将所得谱图与已知谱图对照，就可确定待测化合