密立根油滴实验

仿真实验

密立根油滴实验背景知识00一、1897年，J.J.汤姆孙通过阴极射线实验发现了电子，并证明了它是一种带负电的粒子。这是一个划时代的发现。在20世纪初，e这个基本物理常数的精确值，是物理学界最前沿、最悬而未决的难题之一。二、许多顶尖的物理学家都在尝试测量这个基本电荷e。其中，哈罗德·威尔逊，以及后来的密立根和他的学生哈维·弗莱彻，都投身于这场科学竞赛。三、密立根的精巧设计：将容易蒸发的水滴换成几乎不蒸发的油滴，下面我们就一起走进这个精妙的实验，看看密立根是如何像一位微观世界的‘上帝之手’，通过观察油滴的浮沉，最终揭示了电荷的量子化本质，并精确测定了电子的电荷。威尔逊云室00.背景知识实验原理011.静态平衡法

01.实验原理

油滴受力平衡

S-匀速下降距离，t-匀速下降时间重力空气浮力粘滞阻力油滴下降终极速度：整理得：01.实验原理油滴的半径与空气分子间的间隙大致相当，因此，空气的粘滞系数应作如下修正：修正后，油滴半径：

01.实验原理

油滴所受重力与电场力油滴半径、质量已测出，于是油滴所带的电荷量q即可计算出来01.实验原理式中各量取值为油的密度重力加速度空气的密度油滴匀速下降距离空气粘滞系数两极板间距离大气压强修正常数将这些数值代入上式后得

01.实验原理密立根进行了成百上千次的测量。如果电荷是连续变化的，那么q值应该是任意值。但实验结果却令人震惊！所有测得的电荷值q，都惊人地是一个最小值的整数倍！

比如1倍、2倍、3倍……这个最小值，就是我们认为的基本电荷，即电子电荷的绝对值

e。因此，本实验中电子的电荷值可以采用倒过来验证的方法求得，即用公认的电子电量值去除每个油滴的电量，取一个最接近的整数，再用这个整数除油滴的电量，从而得到电子电荷的测量值。实验仪器021.多媒体电脑及配套中科大《大学物理仿真实验》软件。2.虚拟仪器：密立根油滴仪、显示器、油滴管、实验总体装置等。02.实验仪器实验内容031.浏览器输入仿真实验网址：50:8100/03.实验内容密立根油滴实验仿真实验登录网址2.用户登录：用户名：学号密码：FZSYPT@2010验证码：见右侧3.打开“仿真实验”中“密立根油滴实验”4.点击“开始实验”,打开仿真实验主窗口03.实验内容5.实验前准备工作:开始实验后，从实验仪器栏中点击拖拽仪器至实验桌上。仿真实验主窗口拖拽仪器至实验桌6.双击密立根油滴仪小图标，打开密立根油滴仪。03.实验内容7.单击密立根油滴仪的水平气泡区域打开底座水平调节装置，然后对底座旋钮单击鼠标左键或右键进行调节，使水平气泡处在中央位置。密立根油滴仪底座水平调节8.双击显示器小图标，打开显示器，单击鼠标打开显示器开关。03.实验内容9.调节显示器视场：单击油滴管，如果显示器视野不清，单击“显微镜调节螺丝”，使窗口左边视场出现清晰的油滴图像。显示器窗口调节显示器视场10.静态法测电子电荷03.实验内容打开油滴仪电源开关调节平衡电压换向开关至“+”（1）单击油滴仪电源开关，打开电源。（2）左击鼠标，使平衡电压换向开关至“+”，两极板电压产生向上的电场。10.静态法测电子电荷03.实验内容打开油滴仪电源开关调节“平衡电压”使油滴处于静止（3）单击油滴管，产生雾状油滴。（4）调节“平衡电压”旋钮至200Ｖ左右，使控制的１个油滴处于静止状态。10.静态法测电子电荷03.实验内容记录油滴的状态（5）打开记录表格，当视场中只剩所选的１个油滴时，点击表格中的“确定状态”按钮，记录油滴的状态。（6）左击“提升”电压档，使被控制油滴上升到最上方横线时，再右击鼠标至“平衡”电压档使油滴静止在起始位置处，为下一步计时做准备。控制油滴上升到起始位置10.静态法测电子电荷03.实验内容启动秒表计时（7）电压档“置零”，油滴下落并迅速达到匀速下落,同时启动秒表开始计时。（8）油滴下落2mm至最下方横线时，电压档“平衡”同时秒表停止计时。在数据表格中记录平衡电压和油滴下落时间值。对同一油滴重复测量8次。停止计时,即刻加上平衡电压实验数据处理041.在数据表格中填写平衡电压平均值和油滴下落时间平均值。2.将平衡电压和油滴下降时间代入下式，计算油滴所带的电量04.实验数据处理3.用公