电子电荷的测定.ppt

1、电子电荷的测定,大学物理实验教案,密立根油滴法测定电子电荷 CCD电子显示技术的应用 由于电在科学技术上的广泛应用及物质的电结构理论的发展，促使人们对电的本质作更深入的研究。 美国物理学教授密立根于1907年开始，经历七年时间，用油滴法直接证实了“电”的不连续性，并用实验方法直接测量了电子的电荷值，并令人信服的揭示了电子的量力本性。这就是著名的密立根油滴实验，它是近代物理学发展中具有重要意义的实验。密立根等获1923年诺贝尔物理学奖。 本实验采用一种比较简单的方法来测量电子的电荷量。由于实验时喷出的油滴非常微小，它的半径约10-6m，质量约10-15Kg，这就需要严格，认真地进行实验，才能得到

2、比较好的实验结果。,实验目的： 1、通过密立根油滴实验来验证电荷的“量子化”，即电量是不连续的，而是基本电荷的整数倍。 2、用平衡测量法测定电子的电荷量e。 3、培养学生严肃认真的科学态度和一丝不苟的工作作风。,图22-1 实验原理图,d,V,qE,mg,.,油滴受力图,fr,mg,Vg,.,实验原理： 1、基本原理 用喷雾器将油喷入两块相距为d 的水平放置的平行极板之间，油在喷射时由于摩擦，一般都是带电的。设油滴的质量为m，所带电量为q，两极板间所加的电压为V，则油滴在平行极板间将同时受到两个力的作用，一个是重力mg，一个是静电力qE，两力方向如图22-1所示。如果调节两极板间的电压，可使两

3、力达到平衡，此时,固有 （1） 可见测出了V、d、m，即可知道油滴的带电量q 。由于m 很小，必须采用特殊的方法才能加以测定。 2、油滴质量m 的测定 （2） 3、匀速下降速度 的测定 （3）,实验发现，对于同一颗油滴，如果我们改变它所带的电量，则能够使油滴达到平衡的电压必须是某些特定的值Un，这就表示与它相对应的电量是不连续的，即 式中， 而e 则是一个不变的值。,4、理论计算公式,对于不同的油滴，可以发现有同样的规律，而且e值是q1，q2qn的最大公约数，这就证明了电荷的不连续性，并存在着最小的电荷单位，即电子的电荷值e。,（4）,上式就是用静态平衡法测定油滴所带电荷的理论公式。,实验内容

4、与步骤： 测定油滴所带电荷量，验证电荷的“量子化”；计算电子 电 荷 e 值， 并与公认值比较 。 1、仪器调整 （1）油滴盒水平调节。 （2）显微筒前端和底座前端对齐。 （3）喷雾，要求观察到清晰可见的油滴。 2、测量练习 （1）练习控制油滴。 （2）练习测量油滴运动的时间，即测量速度。 （3）练习选择油滴。 平衡电压约200300V左右。 油滴匀速下降时间约1025s左右。,目视油滴直径在0.51mm左右。 油滴运动距离取L1.5mm比较合适。 3、正式测量 用平衡测量法实验时要测量两个量： （1）一个是平衡电压V； （2）一个是油滴匀速下降一段距离l 所需要的时间 t 。 由于有涨落，对同一颗油滴必须进行610次测量。同时还应该对不同的油滴（不少于5个）进行反复测量。这样才能验证不同油滴所携带的电荷是否是基本电荷，即电子电荷的整数倍。 注意事项： 1、对选定油滴进行跟踪测量时，如油滴的像变的模糊，应随时将显微镜微调。 2、考虑到平衡电压太小时，结果不易精确，平衡电压应选取150250V为宜。,仪器介绍：,密立根油滴实验仪,上、下 电极,CCD,落油孔,显微镜,电源开关,K1,K2,K3,平衡电压,.,密里根油滴实验数据表格（平衡测量法）,e,n,q,t (s),V (v),1 2 3 4 5 6,1 2 3 4 5 6,1 2 3 4 5 6,1 2 3 4 5 6,Tr