密立根油滴实验-大学物理实验-海南大学.doc

密立根油滴实验一、实验简介：电子电荷的数值是一个基本的物理常数.对于它的准确测定具有重要的意义.从1906年开始,美国人密立根便致力于细小油滴上微量电荷的测量,历时11年,测量了上千个细小油滴,终于在1917年以确凿的实验数据,首次令人信服地证明了电荷的分立性.他由于这一杰出贡献而获得1923年的诺贝尔物理学奖.二、实验目的:1.测定基本电荷。2.验证电荷的不连续性。三、实验原理：如图所示,当质量为M电量为Q的油滴处在两块加有电压V的平行极板间时,将受到两个方向相反的力F1F2的作用,若适当调节电压V的大小,使油滴静止不动则有即(1)由此可见,只要能设法测出油滴的质量M,便可由该式求出电量q的大小1. m的测定:在图一中当v=0时,F1=0.油滴将在重力的作用下加速下降,随着其下降速度的加快,油滴所受空气的粘滞阻力f也越来越大,最终两力平衡而作匀速运动,若设其匀速下降的速率为V00,半径为a粘滞系数为,根据斯托克斯定律则有: (2)若设油的密度为,则有:(3)联立(2)(3)式得:(4)但是由于油滴并非刚体,而且其体积也太小,所以此时斯托克斯定律并不严格成立,而应予以修正; (5)(式中,p为大气压强(取为76cmHg),b=6.1710-6(m.cmHg)为一常数)联立(3)(4)(5)式得:(6)可见只要将(6)式代入(1)式便可求出电荷电量,由此可见,q的测量关键在于m的测量,而m的测量关键以在于V0的测量.2. V0的测量当V=0时,设油滴匀速下降l路程所用时间为t,则（7）联立1,6.7.式得（8）将4 式和各常数代入到上式中得到一个比较实用的计算油滴带电量公式:（9）同理可得到一个计算油滴半径的公式:(10)四.仪器及用具:密立根油滴实验仪.调焦用细丝.雾化器.钟油,停表五.实验步骤:(一) 仪器的调整及预热第一步:调水平.取下油雾室,观察水准仪中的气泡是否居中,如果不居中,可先调正面的两个底座螺丝气泡位于”6 点”或”12点”位置,然后调节顶部底座螺丝使气泡位于正中位置.至此水平调节完毕.此后所有的操作,接触均应缓慢小心,以免破坏水平调节.第二步:轻轻放好油雾室.平衡电压开头和升降电压开头均指”0”位置.相应的两 个大小调节旋扭反时针转到尽头,并接整机电源预热10分钟.(二) 显微镜调焦第一步:缓慢转动调焦鼓轮使物镜头插入到观察窗口并对正,且使其光轴大致水平第二步:缓慢转动目镜头,使其分划板清晰可见,并适当转动整个目镜筒,使分划板不致左右偏斜.第三步:拿开油雾室,将调焦细丝插入油雾室孔中.旋转调焦鼓轮,使细丝像清晰可见,如果所看到的细比像边缘不明亮,或者上下不一样亮,应辅导老师协助调整照明灯泡和导光棒,拔去调焦细丝.放好油雾室.第四步:利用 雾化器从喷油孔向内急速喷入少许油雾.并及时从显微镜中观察.刚开始由于大量油滴的散射，可发现板间光亮一下子亮了许多，稍过片刻，便可看到晶莹剔透的小油滴犹如寂静夜空中点点繁星。至此密立根油滴仪调节完毕。（三）练习测量：练习控制油滴：在平行极板上加上工作电压250伏左右，反向开关放在“+”或“-”侧均可，驱走不需要的油滴，直到剩下几颗缓慢运动的为止。注视其中的某一颗，仔细调节平衡电压，使这颗油滴静止不动。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和升降电压，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。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，用停表测出它们下降一段距离所需要的时间，如此反复多练习几次，以掌握测量油滴运动时间的方法。练习选择油滴：要好本实验，很重要的一点是选择合适的油滴。选的油滴体积不能太大，太大的油滴虽然比较亮，但是一般带的电荷比较多，下降速度也比较快。时间不容易测准确。油滴也不能选得太小，太小则布朗运动明显。通常可选择平衡电压在200伏特以上，在2030秒时间内匀速下降2毫米的油滴，其大小和带电量都比较合适。（四）正式测量：由(9)可见，用平衡法实验时要测量的有两个量，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，测量平衡电压必须经过仔细的调节，并将油滴置于分划板上某条横线附近，以便准确判断出这颗油滴是否平衡了。测量油滴匀速下降一段距离l所需要时间时，为了在按动停表时有所思想准备，应选让它下降一段距离后再测量时间。选定测量的一段距离l，应该在平行极板之间的中央部分，即视场中分划板的中央部分。若太靠近上电极板，小孔附近有气流，电场也不均匀，会影响测量，一般取l0.200厘米比较合适。对同一颗油滴应进行610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，要微调测量显微镜跟踪油滴，勿使丢失。（五）数据处理处理：根据（8）式式中油的密度：海口的重力加速度：空气的粘滞系数：油滴匀速下降的距离：修正常数：大气压强：平行极板距离：将以上数据代入公式得：显然，由于油的密度，空气的粘滞系数都是温度的函数，重力加速度g 和大气压强p又随实验地点和条件的变化而变化，因此，上式的计算是近似的，在一般条件下，这样的计算引起的误差约1，但它带来的好处是使运算方便得多，对于学生的实验，这是可取的。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，也就是电子的电荷值。但是由于实验条件的原因，可能会有较大的偏差，要