电磁偏转与基本电荷测量.doc

南昌大学物理实验报告电磁偏转与基本电荷测量实验目的：1， 基本电荷测量2， 了解电磁偏转3， 了解密立根油滴实验仪的结构以及利用油滴测定电子电荷的设计思想和方法。4， 验证电荷的量子性，并测定电子的电荷值。实验原理（一）1、带电粒子在电场中的运动 （1）带电粒子在电场中的加速 在匀强电场中的加速问题 一般属于物体受恒力 （重力一般不计）。根据牛顿第二定律和运动学公式结合求解 根据动能定理与电场力做功，运动学公式结合求解在非匀强电场中的加速问题一般属于物体受变力作用运动问题 处理的方法只能根据动能定理与电场力做功，运动学公式结合求解2（2）带电粒子在电场中的偏转 设极板间的电压为 U，两极板间的距离为 d ，极板长度为 L 运动状态分析：带电粒子垂直于匀强电场的场强方向进入电场后，受到恒定的电场力作用，且与初速 度方向垂直，因而做匀变速曲线运动类似平抛运动如图 运动特点分析： 在垂直电场方向做匀速直线运：在平行电场方向，做初速度为零的匀加速直线运动（2）若速度方向与磁感线垂直，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力起向心力作用电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与带电粒子的动量及磁场和带电粒子的带电量有关。 带电粒子在匀强磁场中的转动周期 T 与带电粒子的质量和电量有关， 与磁场的磁感应强度有关， 而与带电粒子的速度大小无关 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时，其转过圆弧对应的圆心角越大，运动时间就越长，时间与 圆心角成正比 T 或 f 、 T、 f 和的大小与轨道半径和运行速率无关，只与磁场的磁感应强度和粒子的荷质比有关荷质比相同的带电粒子在同样的匀强磁场中， T 、 f 和 相同（3）若速度方向与磁感线成任意角度，则带电粒子在与磁感线平行的方向上做匀速直线运动，在与磁 感线垂直的方向上做匀速圆周运动，它们的合运动是螺线运动（二）油雾器将油喷入两块相距为d的水平放置的平行极板之间。油在喷射撕裂成油滴时，一般都是带电的（有正负之分）。设油滴的质量为m，所带的电荷为q，两极板间的电压为V，则油滴在平行极板间将同时受到重力mg和静电力qE的作用（忽略空气浮力）。若某一电荷恰好在电压V下达到平衡，即：当两极板间电压为0时，油滴受重力作用而加速下降，但受空气阻力的作用（空气阻力与物体运动速度成正比），下降一段距离达到某一速度后，阻力与重力mg平衡（空气浮力忽略不记），油滴将匀速下降，根据斯托克斯定律，油滴匀速下降时：式中是空气的粘滞系数，a是油滴的半径（由于表面张力的原因，油滴总是呈小球状）。设油滴的密度为，油滴的质量m，考虑到油滴的半径在10-6米左右，油滴的大小空气的间隙只相差几个数量级，空气的粘滞系数应作如下修正：式中b为修正常数（），p为大气压强。测量表达式为：设油滴匀速下降的距离为，时间为tg，则：最终测量公式： 式中，V为油滴处于平衡状态时的平衡电压，可从油滴仪的电压表上直接读出；油滴匀速下降距离所用的时间tg，也可从油滴仪上的秒表测定；都是与实验条件和仪器有关的或设定的参数。二、实验仪器：密立根油滴仪，喷雾器，实验用油等实验步骤：1.选择油滴：要做好本实验，很重要的一点是选择合适的油滴。选的油滴体积不能太大或太小，通常可以选择平衡电压在150350V左右，在1530秒时间内匀速下降2mm（8个刻度，每个刻度0.25mm）的油滴。2.测量：A.平衡电压V的测定：将功能控制开关选择 “工作”“平衡”档，注视选定的一颗油滴，仔细调节平衡电压旋钮，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静止平衡。B.当平衡电压V测出后，保持电压不变，将功能控制开关选择“工作”“提升”档，将油滴移至略超出分划板最高横刻线处，然后将功能控制开关选择“0V”档，去掉平衡电压V，待油滴下降一段距离，当其经过分划板“0”刻度线时按“开始”，经过“8” 个刻度线时按“结束”，再按“确认”。对同一颗油滴应进行3次测量，如果油滴变得模糊，要微调测量显微镜跟踪油滴。按上述步骤重新选择油滴进行测量，将实验数据填入自拟表格内。 五、数据记录和数