密立根油滴实验测电子电荷.doc

实验题目:用密立根油滴实验测电子电荷
实验目的: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与坚忍不拔的科学精神。
实验原理:基本设计思想是使带电油滴在测量范围内处于受力平衡的状态。按油滴作匀速运动或静止运动两种运动方式分类,油滴法测电子电荷分动态测量法和平衡测量法。
动态测量法
(1)考虑重力场中一个足够小油滴的,设此油滴半径为r,质量
为m,空气是粘滞流体,故此运动油滴除重力和浮力外还受粘
滞阻力的作用。由斯托克斯定律,粘滞阻力与物体运动速度成
正比。设油滴以匀速度vf下落,则有
(1)
受力情况如图1。
(2)若此油滴带电荷为q,并处在场强为E的均匀电场中,设电
场力qE方向与重力方向相反,如图2所示,如果油滴以匀速v上
升,则有(2)
由(1)和(2)消去K ,可解出q为
(3)
(3)由喷雾器喷出的小油滴的半径r是微米数量级,直接测量其质量也是困难的,为此希望消去,而代之以容易测量的量。设油与空气的密度分别为、,于是半径为r的油滴的视重为: (4)
由斯托克斯定律,粘滞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K为,此处为粘度,r为半径。于是可将式(4)带入式(1),有: (5)
因此(6)
以此代入式(3)并整理得到(7)
(4)考虑到油滴的直径与空气分子的间隙相当,空气已不能看成连续介质,其粘度需作相应的修正此处p为空气压强,b为修正常数,b=,因此,
(8)
当精确度要求不太高时,常采用近似计算方法先将v值代入(6)计算得
(9)
再将r值代入中,并以代入(7),得
(10)
实验中常常固定油滴运动的距离,通过测量它通过此距离s所需要的时间来求得其运动速度,且电场强度,d为平行板间的距离,U为所加电压,因此,式(10)可写成
(11)

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。

(1)测量油滴上带的电荷的目的是找出电荷的最小单位e。为此可以对不同的油滴,分别测出其所带的电荷值q,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。
(2) 实验中常采用紫外线、X射线或放射源等改变同一油滴所带的电荷,测量油滴上所带电荷的改变值,而值应是元电荷的整数倍。即=(其中为一整数) (13)
也可以用作图法求e值,根据(13),e为直线方程的斜率,通过拟合直线,即可求得e值
实验步骤:(1)选择大小适中的带电油滴,(一般在直径1mm左右),调节平衡点压,使油滴平衡。
(2)在重力场中测油滴下落时间t,每个油滴重复7次,下降距离取2mm(8格)。
(3)将所有数据输入微机进行数据处理。
实验桌号:9号
实验数据与数据处理:
油密度=981kg/m3,大气压强=,油滴下落距离=,
重力加速度=,极板间距=,
=3.**********,空气粘滞系数=,修正常数=。
油滴1
表1 油滴1的各项数据
油滴2
表2 油滴2的各项数据
油滴3
表3 油滴3的各项数据
对第一组数据进行不确定度