电子特性实验论文.doc

对密立根油滴实验中油滴选取原则的探讨专业：电气信息类姓名： 学号：日期：2012/10/18 摘要 在用密立根油滴仪测量电子电荷时，所选取的油滴要求大小适中，下落时间在20s左右为宜，而所加电压则在200-300V之间，为了提高测量精度，减小误差，并更深层次的了解这背后的原因，由油滴会因为重力与电场力而平衡的原理出发，探究选取最佳油滴的理论原则。关键词 密立根油滴实验，半径，带电量，误差背景：1897年，英国著名物理学家约翰逊汤姆逊发现了电子。1909年，美国物理学家密立根做了著名的油滴实验，直接证明了电子电荷的独立性，准确地测定了电子电荷的数值e=。密立根通过油滴实验，精确地测定基本电荷量e的过程，是一个不断发现问题并解决问题的过程。为了实现精确测量，他创造了实验所必须的环境条件，例如油滴室的气压和温度的测量和控制。开始他是用水滴作为电量的载体的，由于水滴的蒸发，不能得到满意的结果，后来改用了挥发性小的油滴。最初，由实验数据通过公式计算出的e值随油滴的减小而增大，面对这一情况，密立根经过分析后认为导致这个谬误的原因在于，实验中选用的油滴很小，对它来说，空气已不能看作连续媒质，斯托克斯定律已不适用，因此他通过分析和实验对斯托克斯定律作了修正，得到了合理的结果。由此便可以看出，油滴的选取合适与否直接关系到实验所得数据的精确程度，现在就此问题开始探讨。论述：实验名称：用密立根油滴仪测量电子电量实验原理：1.库仑力与重力平衡:用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的水平放置的平行极板之间，调节两极板间的电压V,可使该两力达到平衡.即2.空气阻力与重力平衡: 平行极板不带电的情况,油滴受重力作用而加速下降,但受空气阻力的作用，下降一段距离达到某一速度后,阻力与重力平衡(空气浮力忽略不记),油滴将匀速下降。易得 方法：（1） 仪器调节：将工作电压选择开关置于“落下”，取下油雾室，检查绝缘环及上电极板是否放平稳，上电极板压簧是否和上电极板接触良好并将其压住。使油滴盒水平。打开电源开关，微调CCD镜头使分化板刻线清晰。（2） 油滴观察与运动控制：竖拿喷雾器喷入少许油滴，微调测量显微镜的调焦手轮，使监视器上油滴清晰。将工作电压拨到“平衡”，加上250V左右电压，选择一颗清晰油滴，调节电压大小，直至油滴平衡不动；将开关拨到“提升”，再置于“下落”，测量油滴下落一段距离所用时间，反复操作。（3） 正式测量：对同一颗油滴应进行6-10次测量，每次都要重新调整平衡电压，并记录此电压值。同时应分别对6-10颗油滴反复测量。实验结果：e=，并验证了电荷的不连续性。实验分析：在做实验的时候，根据书上的理论，我们知道应该选取大小适中，下落速度约为20s的油滴，而所加电压应控制在200-300V之间，而原因却不是很清楚，以下就此做出分析。分析实验可知，对实验产生影响的因素为油滴的体积，即半径r的大小，以及油滴所带电荷量q的多少。由公式看出r越大，下落的速度越大，所测时间越小，因此所选油滴的质量或体积不能太大，否则下降速度太快会造成因人反应速度所造成的误差；若r太小时，布朗运动明显，且易受温度的影响，引起较大的涨落，时间也测不准。由此可知应选取大小适中的油滴由我所记录的实验数据可以看出，在t=6s时，n的取整都很大，t=10s时仍是如此，说明油滴所带电荷较多，而实验要求所带电荷不宜过多，否则下降太快较难测准；网上搜出来的数据显示，当t=35s时，虽然油滴带点电荷少，但当电压较高时，小粒子依然是易受布朗运动的影响。通过统计，下落时间在20s左右造成的误差最小。那么平行板电容器上下两极板间所加电压又有什么影响呢？对比不同电压下所求得的电荷值，发现所加电压为200-300V间时数值最接近于标准电荷值。结论：对比了自己的实验数据，发现自己选取的油滴并不都那么合适，而自己也已经是尽力寻找。究其原因，可能是喷油力度没掌握好，而有些合适的油滴不小心让它跑掉了。这些都是人为的可克服的因素。另外，实验室的喷嘴里油量有些稀少，希望这可以得到保障。2012/10/