密立根油滴实验VIP免费

密立根油滴实验——基本电荷测定——基本电荷测定BobertAndrewMillikan华东理工大学物理实验中心一、实验历史背景及意义1897年汤姆逊发现了电子的存在，一个电子所带的电荷量是现代物理学重要的基本常数之一。由美国杰出的物理学家密立根首先设计并完成的密立根油滴实验，采用了宏观的力学模式来研究微观世界的量子特性。它证明了带电体所带的电荷都是某一最小电荷的整数倍，明确了电荷的电荷的量子化，并精确地测定了基本电荷e的数值。实验设计巧妙，将微观测量量转化为宏观量的测量，在近代物理学的发展史上具有里程碑意义。密立根本人也因此荣获1923年诺贝尔物理学奖。人们用类似的方法测定基本粒子夸克的电量。1)学习密立根油滴实验的设计思想。2)验证电荷的不连续性，并测定基本电荷值。3)培养学生严谨的科学实验态度。二、实验目的三、实验原理如何测量微观电荷量q？油滴在极板间同时受到重力mg，电场力qE和空气浮力Ff的作用。平衡时有：EFmgqf思路：转化测量法找到一个宏观测量量0334amgamg0334gaf'3134由于表面张力的作用，油滴一般呈小球状。设油滴的密度为ρ，半径为a，则油滴的质量m为：重力及空气浮力可表示为：同时，考虑到平行板未加电压时，油滴在重力作用下降落时，受到空气对油滴的粘滞力作用。rFFmgrf6当空气的粘滞力、浮力和油滴的重力平衡时，油滴作匀速运动grFr3342/129gvrg其中)('0P229232123)2()(18gtlUdgq由此，对油滴所带电荷量q的测量，最终通过力F这个物理量作为桥梁，转化为对油滴运动的位移l和所需时间tg的测量。ggtlv当平行板电压为零时，油滴作匀速运动的速度有以上公式最后可得：2）对粘滞系数的修正起先计算所得的e值随油滴的减小而增大，密立根认为由于油滴甚小，其直径可和空气分子的平均自由程相比拟，所以不能再将空气看成是连续介质，油滴所受粘滞力必将减小，粘滞系数应予以修正。密立根对实验的改进最初，密立根用水滴作为电量的载体的，由于水滴的蒸发，改用了挥发性小的油滴。1）用油滴替代水滴q基本电荷e的计算为了证明电荷的不连续性和所有电荷都是基本电荷e的整数倍，并得到基本电荷e值，我们可用“倒过来验证”的办法进行数据处理，即用公认的电子电荷值e＝1.602×10-19C去除实验测得的电荷量q，得到一个接近与某一个整数的数值，这个整数就是油滴所带的基本电荷的数目n，再用这个n去除实验测得的电荷量q，即得电子的电荷值e。四、实验仪器MOD-5型密立根油滴仪电压显示计时显示油雾室平衡水泡CCD物距调节平衡电压调节电压转换开关电源开关计时键3.实验内容五、实验内容：用静态（平衡）法测定电子的电荷1、熟悉仪器的使用2、调整仪器3、练习控制油滴4、练习选择油滴5、对同一油滴进行10—12次测量11）调整仪器）调整仪器水平调节水平调节：调节水平螺丝，使水准泡指示水平，极板处于水平位置，电场方向与重力平行。打开电源开关，使仪器予热打开电源开关，使仪器予热1010分分钟钟将专用油从喷雾口喷入（只喷一次少量即可），从监视屏上可看到大量的油滴。2）控制油滴3）选择合适的油滴测量两个量，平衡电压U和油滴匀速下降距离l所需要的时间tg。1）测量平衡电压必须经过仔细的调节，将油滴置于分划板上某条横线附近，判断是否平衡。2）l一般取0.2cm比较合适。3）对同一颗油滴应进行10-12次测量，每次测量都要重新调整平衡电压。4）测量232123)2()(18gtlUdgq六、数据处理与分析电荷序号平衡电压下降时间qnt1t2t3t4t512345用“倒证法”计算电荷电量实验值：相对误差：10010000eeeEnqn1n2q1q2图解法已知参数值钟油密度：)20(98103ckgm30986(10)kgmc空气粘滞系数：115..1083.1smkg2.79.9smgcmHgmb.1017.66cmHgp076-35.0010mdm3102重力加速度：修正常数：大气压强：平行极板间距：油滴运动的距离：七、注意事项（选做项目一）用动态法测量油滴的电荷，求出电子电荷e。（选做项目二）用改变油滴所带电荷的方法,测量油滴电荷的改变量,求电...