密里根油滴仪实验

1、密里根油滴仪实验报告密里根油滴仪实验姓 名 学 号 班 级 评 分桌 号 教 室 基础楼1401 实验日期 20 年 月 日 时段 指导教师： 一实验目的：1、验证电荷的不连续性及测量基本电荷电量。2、学习使用作图法证明电荷满足：二实验仪器：MOD-9G密立根油滴仪由主机、CCD成像系统、油滴盒、监视器等组成。其中：主机包括可控高压电源、计时装置、A/D采样、视频处理等单元模块。CCD成像系统包括CCD传感器、光学成像等部件，用来捕捉暗室中油滴的像，同时将图像信息传给主机的视频处理模块。实验过程中可以通过调焦旋钮来改变物距，使油滴的像清晰的呈现在CCD传感器的窗口内。油滴盒包括高压电极、照明装

2、置、防风罩等部件，结构见下图-1。油滴盒上电极板中心有一个0.4mm的油雾落入孔，在胶木圆环上开有显微镜观察孔和照明孔。在油滴盒外套有防风罩，罩上放置一个可取下的油雾杯，杯底中心有一个落油孔及一个档片，用来开关落油孔。监视器是视频信号输出设备（电子显示屏），其中测量显示电路产生的电子分划板刻度，与CCD摄像头的行扫描严格同步。 图2实验仪器面板结构示意图见图2。面板各按键名称及使用方法：1 电源开关按钮：按下按钮，电源接通，整机工作2 功能控制开关：有平衡、升降、测量三档（分别配有指示灯显示相应状态）。 (1) 当处于中间位置即“平衡”按钮时，可用平衡电压调节旋钮3来调节平衡电压，使被测量油滴

3、处于平衡状态； (2) 按下“提升”按钮时，上下电极在平衡电压的基础上自动增加DC200V300V的提升电压； (3) 按下“下降”按钮时，极板间电压为0V，被测量油滴处于被测量阶段而匀速下落，并同时按下计时/暂停按钮开始计时；油滴下落到预定距离时，迅速按下计时/暂停按钮，同时停止计时； 3 平衡电压调节旋钮：可调节极板间的电压。4 计时/暂停按钮，开启计时器和停止计时器按键；5 视频输出插座：CCD摄像头用，输出至监视器6 照明灯室： 7 水泡：调节仪器水平 8 上、下电极： 9 秒表复位键： 按一下该键，清除内存，秒表显示“O0.O”秒；10 “确认”按钮，此按钮分为两个功能：a、开启仪器

4、时仪器进入参数显示界面，此时按下按键，仪器进入分划板界面；b、仪器进入分划板界面之后，此时仪器处在测量状态，此时按下一次“确认”按键，记录一次测量数据，记录的平衡电压即屏幕中显示的提示保存电压，时间为屏幕中显示的下落时间，当记录5次数据之后，仪器自动计算实验结果，并在屏幕上显示出来，可以提供参考是否合格，此时再次按下“确认”按键，仪器再次进入测量界面，可以重复以上操作；11显微镜：放大暗室油滴图像；12CCD摄像头，采集暗盒图像并显示在监视器上。几个重要按键及参数：提升、平衡、下降按键可以控制油滴上升、平衡或下降；计时/暂停按钮，用于开启计和停止计时器按键；确认按键可以将测量数据直接显示在电子

5、屏幕上，最多可记录5组数据，循环刷新，往复不断。复位键用于清除秒表内存，显示“0.00”秒；平衡电压调节旋钮用于调控极板之间的电压大小，控制油滴的平衡、下落及上升。 平均相对误差：3% 平行极板间距离：5.00mm 0.01mm极板电压：DC0900V可调 提升电压：DC 200V300V数字电压表：0999V1V 数字秒表：O99.9秒光学镜头：放大倍数60X 电子分划板刻度：重直线视场2，分10格，每格实际值0.2 mm图-3 油滴受力图一三、实验原理一个质量为m，带电量为q的油滴，在两块加有电压U的平行极板之间会受到电场力、重力的作用（如图3、4），若调节极板间电压U，使二力平衡，此时

6、mg=qE=qU/d (1)显然，只要设法测出油滴的质量m即可测出油滴的带电量q。密立根将油滴视为半径为r的小圆球，利用斯托克斯定律求出m值，由此便得到了求解油滴的带电量q。即： 或者（2）上式即为静态法测油滴电荷的公式。式中图-4 油滴受力图二油的密度 （20） 重力加速度（石家庄）空气粘滞系数 平行极板间距离油滴匀速下降距离 （n为格线数）修正常数 大气压强式中的时间 tg 应为测量数次时间的平均值。四、实验方法、操作步骤、仪器联接将ZKY-MLG密立根油滴仪面板后面带有Q9插头的电缆线接至监视器后背下部的插座上，注意，一定要插紧，保证接触良好，否则图像紊乱或只有一些长条纹。2、仪器调整水

7、平调整调整实验仪底部的旋钮，通过水准仪将实验平台调平，使平衡电场方向与重力方向平行以免引起实验误差。极板平面是否水平决定了油滴在下落或提升过程中是否发生前后、左右的漂移。喷雾器调节喷雾器利用的是虹吸原理。使用时请注意：用滴管从油瓶里吸取油，由灌油处滴入喷雾器里，所灌得油千万不可高于喷雾器里面的出气管，否则会造成出气管阻塞无法喷雾。油的液面2-5 mm高已足够，将喷雾器竖起，再挤压气囊。CCD成像系统调整将仪器连接好后，打开显示器和油滴仪电源开关，从喷雾口喷入油滴，此时监视器上应该出现大量油滴，宛如漫天的繁星。若没有看到油滴的像或油滴像不清晰，检查喷雾器是否有油喷出或落油孔是否阻塞，调整成像旋钮

8、使其前后移动直至在监视器上看到清晰的油滴像。监视器调整监视器面板前有个调节旋钮。分别是:水平、垂直、亮度、对比度。对比度一般置于较大（顺时针旋到底或稍退回一些），亮度不要太亮。如发现刻度线上下抖动，这是“帧抖”，微调左边起第二只旋钮即可解决。3、测量练习练习是顺利做好本实验的重要一环，包括练习控制油滴运动，练习测量油滴运动时间和练习选择合适的油滴。 选择油滴选择一颗合适的油滴十分重要。大而亮的油滴虽然比较容易捕捉，但质量大，必然所带电荷也多，造成匀速下降或提升时间很短，增大了测量误差和给数据处理带来困难。太小的油滴受布朗运动的影响明显，测量时涨落较大，也不易测量。通常选择平衡电压为150350

9、 ，匀速下落1.2 mm（屏幕上0-6线间的距离）的时间在8-20 s左右的油滴较适宜。选择方法：将仪器置于平衡状态，平衡电压调节至200 V左右。喷入油滴后，注意观察几颗缓慢运动、较为清晰明亮的、且体积适中的油滴。 平衡电压的确定 判断油滴是否平衡要有足够的耐性。当将油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，经一段时间观察油滴确实不再移动才认为是平衡了。 控制油滴的运动将油滴提升至屏幕0线以上，保持平衡。然后按下下降按键，该按键的绿色指示灯亮，此时上下极板同时接地，平衡电压将为0 V，电场力为零，油滴自由下落，油滴将在重力、浮力及空气阻力的作用下作下落运动。到达起始位置（屏幕

10、上0线）时按“计时/暂停”按键开始计时，待油滴下落至预定格线（屏幕上6线）时，再按“计时/暂停”按键，计时器暂停，油滴将停止下落，等待3秒使数据稳定，然后通过确认键将此次测量数据记录到屏幕上。复位按键用于消除计时器中存储的时间，坏的数据可以该键清除，每次测量前必须复位。将工作状态按键切换至平衡按键，此时仪器根据平衡、提升按键的不同分两种情况：若置于平衡状态，则可以通过平衡电压调节旋钮调整平衡电压；若置于提升状态，则极板电压将在原平衡电压的基础上再增加200-300V的电压，用来向上提升油滴。 测量下落时间测准油滴上升或下降某段距离所需的时间，一是要统一油滴到达刻度线什么位置才认为油滴已踏线，二

11、是眼睛要平视刻度线，不要有夹角。反复练习几次，使测出的各次时间的离散性较小。4、正式测量我们实验采取平衡测量法： 开启电源，将切换至平衡按键，用平衡电压调节预加150350 电压。向喷雾杯中喷入油雾，此时监视器上会出现大量油滴，宛如漫天的繁星一样，选择适当油滴，仔细调节平衡电压，保证其在观察的一段时间内始终平衡在0线以上。 切换至下降按键，此时油滴开始下落，记录油滴在规定距离（屏幕上0线至6线）的下落时间。 将平衡、提升按键置于平衡，将油滴再次提升至起始格0线以上，并微调平衡电压，保证油滴的平衡。重复以上步骤测5次。选择58颗油滴，求得电子电荷的平均值e。* 选做项目：用动态法测电荷e值。五、

12、注意事项 开机后屏幕上的字很乱或字重叠，先关掉油滴仪的电源，过一会儿再开机即可。 喷油时喷雾器的喷头不要深入喷油孔内，防止大颗粒油滴堵塞落油孔；喷雾器不用时请将喷雾器立置，放在一次性杯子里，否则油会泄漏至实验台上。 由于油滴在实验过程中处于挥发状态，在对同一油滴进行多次测量时，每次测量前都需要重新调整平衡电压，以免引起较大的实验误差。仪器考虑到动态测量法需要记录提升电压的值，因此提升动作完成后，务必按一下确认键或者切换至0V一次，重新激活A/D采样，否则提升电压将会锁定在屏幕上保持不变。复位按键用于消除计时器中存储的时间，坏的数据可以该键清除，每次测量前必须复位。七、数据处理1、自行设计实验数据表格（表格中应包括：5-8个油滴