动态法测油滴电荷量的研究.doc

动态法测油滴电荷量的研究 组员 日期 时间 班级 摘要：OM99 CCD微机密立根油滴仪是用于验证电荷的不连续性及测量基本电荷电量的物理实验仪器，也是学习了解CCD图象传感器的原理与应用、学习电视显微测量方法的实验仪器。适用于理科、工科及大、中专学校的近代物理实验和普通物理实验的教学。关键词：动（静）态测量法 密立根油滴仪 匀速上升 1 实验目的会使用OM99 CCD微机密立根油滴仪验证电荷的不连续性及测量基本电荷电量的物理实验仪器，学习了解CCD图象传感器的原理与应用、学习电视显微测量方法的实验仪器。图12 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 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 （）由上述（）、（）、（）式可解出 （）为测定油滴所带电荷，除应测出、和速度v、v外，还需知油滴质量，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 （）考虑到油滴非常小，空气已不能看成连续媒质，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，由于它在修正项中，不必计算得很精确，由（）式计算就够了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 （）由作图求出斜率K和截距B再由公式：求得电荷量：带入修正后的系数8上盖板9喷雾口10油雾孔11上电极压簧12 油滴盒基座1油雾杯2油雾孔开关3防风罩4上电极5油滴盒6下电极7座架图3求出a、m、n。分析结果 3 实验仪器OM99油滴仪仪器主要技术指标平均相对误差：3% 平行极板间距离：5.00mm 0.01mm极板电压：DC0700V可调 提升电压：200V300V数字电压表：0999V 1V 数字毫秒计：099.99秒 0.01秒 电视显微镜：放大倍数60（标准物镜），120（选购物镜）分划板刻度：2种分划板，电子方式，垂直线视场分八格，每格值0.25mm电源：220V、50HZ4 实验过程1 检查并打开仪器,重点检查油滴洞是否堵塞,2 用喷壶喷入油滴,从油滴中选择一个平衡电压在100V左右,下降时间在10s到30s之间的油滴,记录其平衡电压3将仪器的平衡电压先降低,再上升,记录其电压和上升时间,并填入表格5 数据处理 式中 油的密度（20）重力加速度 （南京）空气粘滞系数 油滴匀速下降距离 修正常数 大气压强 平行极板间距离 式中的时间 tg 应为测量数次时间的平均值。实际大气压可由气压表读出。计算出各油滴的电荷后，求它们的最大公约数，即为基本电荷e值。若求最大公约数有困难，可用作图法求e值。设实验得到m个油滴的带电量分别为 ，由于电荷的量子化特性，应有 ，此为一直线方程，n为自变量，q 为因变量，e为斜率。因此m个油滴对应的数据在 n q 坐标中将在同一条过圆点的直线上，若找到满足这一关系的直线，就可用斜率求得e值。将e的实验值与公认值比较，求相对误差。（公认值e = 1.60 10-19库仑）平衡电压（V）表1 测量不同电压Vi对应的油滴上升时间te上升电压 Vi上升时间 te上升速度1-20-9.09（下降）-165.02*220-11.85-126.58*350-15.39-97.46*4100-30.09-49.85*520034.8643.03*622025.0559.88*724019.2577.92*826015.6995.60*928013.27113.03*1030011.35132.16*113209.87151.98*123408.69172.61*133608.11184.96*作图（用坐标纸作图） 图4 图得上图4得 将K、vB值代入以下方程组 带入修正后的系数可以得到：6 结论：本实验采用一种比较简单的方法来测定电子的电荷量e,通过密立根油滴实验来验证电荷的量子化，即电量不是连续变化的，而是基本电荷（电子的电量绝对值）的整数倍。通过实验时对仪器的调整、油滴的选择、耐心地跟综和测量以及数据的处理等，培养学生严肃认真和一丝不苟的科学态度。7 误差分析1计时器本身存在一定系统误差,当时间值大于10S小于30S误差尤其大2钟油本身可能不纯净,亦可能和空气中的灰尘相结合导致误差3由于试验中大量用手动操作,计时时可能存在误差4油滴仪的电压值本来就有一定误差,可能导致值出问题8 注意事项1计时是要用手动控制,要注意与油滴上升同步2所选取油滴上升时间应在10到30s之间,避免计时器误差过大3在实验操作时要注意油滴要控制好不能中途跑走参考文献：1 李学慧 .大学物理实验M.北京.高等教育出版社，2005实验与报告基本要求1、 测量数据表1，测量不同电压下Vi对应的油滴的下落时间te（用B5纸），盖戳。2、 对电子版文件进行校对，3、 作图：（统一坐标纸，要求参考教材）（1）、根据表1求出某个上升时间对应的油滴的上升速度，（2）、在坐标纸上根据电压和速度画出实验点，根据实验点发布划直线，（3）、求出直线斜率K，截距