实验报告---密立根油滴实验.doc

浙江大学宁波理工学院
物理实验报告
实验名称:密立根油滴实验测电子电荷e
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。
仪器用具:
密立根油滴实验仪
实验原理:
动态测量法
假设重力场中一个足够小油滴的运动,设此油滴半径为,质量为,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。设油滴以速度匀速下落,则有
(1)
此处为与油滴同体积的空气质量,为比例系数,为重力加速度。油滴在空气及重力场中的受力情况如图1所示:
若此油滴带电荷为,并处在场强为的均匀电场中,设电场力方向与重力方向相反,如图2所示,如果油滴以速度匀速上升,则有
(2)
图2电场中油滴受力示意图
图1 重力场中油滴受力示意图
由式(1)和(2)消去,可解出为
(3)
由式(3)可以看出,要测量油滴上携带的电荷,需要分别测出、、、、等物理量。
由喷雾器喷出的小油滴的半径是微米数量级,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、,于是半径为的油滴的视重为
(4)
实验内容:
学习控制油滴在视场中的运动,并选择合适的油滴测量元电荷。要求至少测量5个不同的油滴,每个油滴的测量次数应在3次以上。
调整油滴实验仪
水平调整
调整实验仪底部的旋钮(顺时针仪器升高,逆时针仪器下降),通过水准仪将实验平台调平,使平衡电场方向与重力方向平行以免引起实验误差。极板平面是否水平决定了油滴在下落或提升过程中是否发生前后、左右的漂移。
喷雾器调整
将少量钟表油缓慢的倒入喷雾器的储油腔内,使钟表油湮没提油管下方,油不要太多,以免实验过程中不慎将油倾倒至油滴盒内堵塞落油孔。将喷雾器竖起,用手挤压气囊,使得提油管内充满钟表油。
仪器硬件接口连接
主机接线:电源线接交流 220V/50Hz;Q9视频输出接监视器视频输入(IN)。
监视器:输入阻抗开关拨至75(ohm),Q9视频线缆接IN输入插座。电源线接220V/50Hz交流电压。前面板调整旋钮自左至右依次为左右调整、上下调整、亮度调整、对比度调整。
实验仪联机使用
打开实验仪电源及监视器电源,监视器出现欢迎界面
按任意键:监视器出现参数设置界面,首先,设置实验方法,然后根据该地的环境适当设置重力加速度、油密度、大气压强、油滴下落距离。
“←”表示左移键、“→”表示为右移键、“+”表示数据设置键。
按确认键出现实验界面:将工作状态切换至“工作”,红色指示灯亮,将平衡、提升按键设置为“平衡”。
⑤ CCD成像系统调整
从喷雾口喷入油雾,此时监视器上应该出现大量运动油滴的像。若没有看到油滴的像,则需调整调焦旋钮或检查喷雾器是否有油雾喷出,直至得到油滴清晰的图像。
控制油滴的运动
选择适当的油滴,调整平衡电压,使油滴平衡在某一格线上,将工作状态按键切换至“0 V”,绿色指示灯点亮,此时上下极板同时接地,电场力为零,油滴将在重力、浮力及空气阻力