密立根油滴实验(2)

1、实验報告实验名蘇，裤昼檬油侑实验醪号,2010051032犒导老师：田老师戏债：一、实验目的1.通过对带电油滴在重力场和静电场中运动的测量，证明电荷的不连续性，并测量基 本电荷的大小。2通过实验中对仪器的调整、汕滴的选择、跟踪、测量及数据处理，培养学生科学的 实验方法。3 了解现代测量技术在试验屮的应川。a 二、实验仪器0m9sccd密立根油滴仪，钟表油，喷雾器三、实验原理一个质量为刃带电量为q的油滴处在二块平行板z间，在平行板耒加电压时，4 汕滴受重力的作用而加速下降，由于空气阻力元的作用，下降一段距离后， 油滴将匀速运动，速度为人,此时无与飓平衡。如图3 1所示。 由斯托克斯定律知，粘滞阻

2、力为fr = 6 切vg = mg式屮为空气粘滞系数，臼为油滴的半径。(3-1)图3tqemg此时在平行板上加电压r,油滴处在场强为£的静电场中，其所受静电场力g?与重力矽相反，如图3-2所示。当'大于贻时，油滴加速上升，山于并的作用，上升一段距离后， 将以必的速度匀速上升，于是有6切匕+m防qe = qt图彳一? drh (3-2)式对知，为了测定油滴所带的电荷量q,除应测平行板上所加电压人两块 平行板z间距离水汕滴匀速上升的速度必和人外，还需知汕滴质量仏由于空气中的悬浮 和空气表面张力的作用，可将油滴视为圜球，其质量为(33)由(32)和(33)式得油滴半径为4=71u3

3、(34)由于油滴半径曰小到10"米，所以，空气的粘滞系数77应修止为(已不能将空气看作是 连续介质)pci(35)ve32b = 8.23xl0"3m pa,p 为大气压强。(36)(37)所以油滴所带的电荷量为18兀q = 4pg(38)则(38)式变为(39)该式就是动态法测量油滴带电荷的公式。实验时,将金拨至“0尸档位，让油滴自由下落/距离,测得所用时间切再加上电 压v (&拨至“提升”档位)，使油滴上升相同的/时，测得所用时间3代入(3-9)式便求得油滴所带电荷量的q值。若调节平行板间电压，使汕滴不动，k-0,tl8,贝ij ( 39)式变为(310)该式就

4、是静态法测量油滴带电荷的公式。 实验时，只需测得油滴自山下落距离/所 用的时间盒和油滴平衡时所加的电压k, 便”j求得g的值。-om9sccd密立根仪”结构与调节u om9sccd密立根仪山油滴盒、油雾室、调焦旋钮油滴盒视频输出指示灯（o） gus ） 电源线丿电源开关水泡4-显微镜捉升 口 平陋o#ov计时/停图3-3ccd电视显微镜、电路箱、监视器等组成。如图3-3所示。（1 ） 汕滴盒油滴盒1是个重要部件，由梢密加工的平板垫在胶木圆环上，在上电极板7中心有一个0.4毫米的油雾落入孔2,在胶木i员i环上开有显微镜观察孔、照明孔和一个备川孔，备川孔 为采用紫外线等手段改变油滴带电量时使用，在

5、上电极板的上方卿以左右移动的压照明灯，照明灯采用： ：! ： ：! ： ：簧，保证上电极板与下电极板8始终平行。油滴盒外套有防风-罠警聚光半导体发光器件，其光路与ccq显微镜光路的夹角为150160度。在照明座左上方有一个安全开关。当取下油雾室时，平行电极就口动断电。油滴盒整体固定在油雾盒tl基座9上，如图34所示。（2 ）油雾室3油雾室4放置在防风罩上，可以取下。油雾室底中心有一个 落汕孔5和一-个扌当6,用来开关汕雾孔。旁边有一个喷雾口 10, 喷雾器产牛油雾rh此喷入。为了防止灰尘和空气中的水分落入， 汕雾室顶部有上盖板11。（3 ） ccd电视显微镜图3 4ccd电视显微镜包括显微物镜

6、、ccd摄像头没和接口电路，在显微镜上有两个对称 的调焦旋钮，用來调节像的聚焦。（4 ）电路箱仪器低部装有三只水平手轮，电路箱就固定在其上，电路箱内有高压产生和测量显示控 制等电路。测量显示电路是产牛电子分划板刻度，且ccd头与扫描严格同步。而板上部有 水准仪和控制开关，使用前必须调节三只水平手轮，使仪器水平。面板有控制平行板电压的 三挡开关应、改变平行板电压极性开关k、“计时/停”控制弘和平衡电压调节电位器冗 金控制极板上电压的大小，当应处于“平衡”档位时，可用调节平衡电压，当屋打向“提 升”档位时，自动地衣平衡电压的基础上增加220300伏的提升电压，当金打向“0"档 位时，极板

7、上电压为0伏。分划板有a、两种显示，a分划板是8x3格，垂直视场为2 毫米，分8格，每格为0.25毫米；b分划板是15x15格，每格为0. 08毫米，为观察油滴的布朗运动专用。人、切换时，按住“计时/停”按钮金人于5秒钟即可。计数器的“计时/停”与金的“平衡”档联动,在&由“平衡”档位打向 w 档位 时，汕滴开始匀速卜落的同时，计时器便开始计时，当金由"or档位拨到“平衡”档位 时，油滴停止下落的同时，计数器停止计时。为确保测量粘度，按一下“计时/停”开关， 清零的同时，立即开始计时，再按一下“计时/停”，停止计时。四、实验内容1仪髀的连接与调整将om98ccd密立根仪与监视

8、器连接好。监视器的信号输入阻抗匹配开关置于75欧 姆处，主机分划板转到a分划板匕 调节底部3只调平手轮，使水平指示器中的水泡在中 间位置。2 测量练习喷油后，金置于“平衡”档，调节必注意选择几颗缓慢运动较为淸晰明亮的油滴。试 将區置“0*档位，观测其下落的大概速度,选择合适的油滴,将平衡电压调到200370 伏，让油滴在屏幕上匀速下降六格（0.25毫米x6=1.5毫米）的时间在820秒左右。从中 选一颗为测量对彖（1=1视直径在0.51毫米为宜）。用/将汕滴移至某条刻度线上，仔细 调节平衡电压，这样反复操作几次，经过一段时间观测，油滴确实不再移动认为是平衡了。3用平衡法测量将已调平衡的油滴用金控制移到“起跑”线上，按压金，让计时