密立根油滴实验实验报告

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,验证电荷的不连续性,并测定电子电荷的电荷值e。

2、 通过实验过程中,对仪器的调整、油滴的选择、耐心地跟踪和测量以及数据的处理等,培养学生严肃认真和一丝不苟的科学实验方法和态度。

3、 学习和理解密立根利用宏观量测量微观量的巧妙设想和构思。精

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二、实验原理:

一、实验原理

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用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的平行极板之间。油在喷射撕裂成油滴时,一般都是带电的。设油滴的质量为m,所带的电量为q,两极板间的电压为V ,如图 1 所示。

图1

如果调节两极板间的电压V ,可使两力达到平衡,这时:

mg?qE?qV (1) d为了测出油滴所带的电量q,除了需测定平衡电压V 和极板间距离d 外,还需要测量油滴的质量m。因m很小,需用如下特殊方法测定:平行极板不加电压时,油滴受重力作用而加速下降,由于空气阻力的作用,下降一段距离达到某一速度?g后,阻力fr与重力mg平衡,如图 2 所示(空气浮力忽略不计),

油滴将匀速下降。此时有:

fr?6?a?vg?mg (2)

其中?是空气的粘滞系数,是a油滴的半径。经过变换及修正,可得斯托克斯定律:

6?a?vg (3) fr?b1?pa其中b是修正常数, b=6.17×10-6m·cmHg,p为大气压强,单位为厘米汞高。

图2

至于油滴匀速下降的速度vg,可用下法测出:当两极板间的电压V为零时,设油滴匀速下降的距离为l,时间为t ,则

vg?l (4) tg最后得到理论公式:

???d18???l?? (5) q?bV2?g?t(1?)?g?pa???2、动态(非平衡)测量法

非平衡测量法则是在平行极板上加以适当的电压V ,但并不调节V 使静电力和重力达到平衡,而是使油滴受静电力作用加速上升。由于空气阻力的作用,上升一段距离达到某一速度υ 后,空气阻力、重力与静电力达到平衡(空气浮

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力忽略不计),油滴将匀速上升,如图 3 所示。这时:

6?a?ve?qV?mg (6) d 图3

当去掉平行极板上所加的电压V 后,油滴受重力作用而加速下降。当空气

阻力和重力平衡时,油滴将以匀速υ 下降,这时:

6??vg?mg (7)

化简,并把平衡法中油滴的质量代入,得理论公式:

??1??18???l?d?11??1?2???q??? (8) ??????b?v?tete??te?2?g???1?????pa????32

三、实验仪器:

根据实验原理,实验仪器——密立根油滴仪,应包括水平放置的平行极板(油滴盒),调平装置,照明装置,显微镜,电源,计时器(数字毫秒计),改变油滴带电量从q变到q′的装置,实验油,喷雾器等。MOD-5 型密立根油滴仪的基本外形和具体结构示于图 4。

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