用密立根油滴实验测电子电荷

实验报告05级少年班陈晨Pb05000827实验题目：用密立根油滴实验测电子电荷实验目的：本实验的目的，是学习测量元电荷的方法，并训练物理实验时应有的严谨态度和坚韧不拔的科学精神。实验原理：考虑重力场中一个足够小油滴的运动，设此油滴半径为，质量为，与油滴同体积的空气质量为，、分别为油与空气的密度，则由斯托克斯定律，粘性流体对球形运动物体的阻力与物体速度成正比，其比例系数为，此处为黏度，为物体半径，于是，有因此若对作相应的修正此处为空气压强，为修正常数，。若采用平衡测量法测电子电荷，平衡测量法的出发点是，使油滴在均匀电场中静止在某一位置，或在重力场中作匀速运动。通过测量平衡电压U和油滴运动一段距离所用的时间T，把上式代入到中，则推导出来公式：可利用此式进行计算。元电荷的测量方法：测量油滴上带的电荷的目的是找出电荷的最小单位。为此可以对不同的油滴，分别测出其所带的电荷值，它们应近似为某一最小单位的整数倍，即油滴电荷量的最大公约数，或油滴带电量之差的最大公约数，即为元电荷。实验步骤：选择大小适中的油滴（一般在直径1mm左右），调节平衡电压，使油滴平衡（平衡电压一般在50V~450V之间）。在重力场中策邮递下落时间t，每个油滴重复7次。下降距离取1mm（4格），测9个不同的油滴。将所有数据输入微机进行数据处理。实验数据：平衡电压及油滴下落时间实验次数平衡电压单位：秒下落时间（9次）单位：秒11363.123.063.063.123.032.983.082511.581.561.581.561.591.551.6031551.411.471.431.411.161.411.4043631.521.541.561.531.571.571.535913.853.823.813.873.813.873.866672.942.892.942.982.972.982.9071743.373.423.353.433.393.383.4082143.483.423.453.403.443.433.4591251.992.061.992.011.981.951.93用微机处理后，得到结果：油滴数电荷数电子数n值误差11.430e-17891.604e-190.148%21.69e-166671.601e-190.0214%34.50e-172521.602e-190.0317%41.531e-17951.604e-190.163%51.522e-17951.602e-190.0523%63.109e-171931.605e-190.192%79.637e-18601.606e-190.255%87.672e-18481.598e-190.236%93.35e-171891.602e-190.0210%总平均值1.603e-190.0663%思考题：为什么必须使油滴作匀速运动或静止？实验中如何保证油滴在测量范围内作匀速运动？怎样区别油滴上电荷改变和测量时间的误差？答：由于理论是在匀速运动及静止的条件下推导出来的，如果是加速运动，则需要测量加速度的大小，这是相当复杂的。实验中，只需要保证电压不变，则油滴就会在测量范围内作匀速运动，这是由受力平衡导致的，另外，如果测量的距离足够长时，则可以忽略油滴开始运动时的加速过程，实际上，油滴的“匀速运动”也是一个近似结