密立根油滴实验探讨.doc

密立根油滴实验探讨 电子特性专题实验小论文【摘要】总结了用密立根油滴仪测量电子电量的方法和步骤，详细介绍了用静态法测量的过程、注意事项和数据处理方法。在查阅资料的时候，笔者发现了动态测量法，因此在实验扩展中简单介绍了相关方法和公式。【关键词】密立根油滴 电子电量 静态法 动态法一、实验背景1897年，英国著名物理学家约翰汤姆逊（j. j .thomson）发现了电子。1909年开始，美国物理学家密立根（r .a. millikan）做了著名的油滴实验，用在电场和重力场中运动的带电油滴进行实验，发现所有油滴所带的电量均是某一最小电荷的整数倍，该最小电荷值就是电子电量。现在公认的基本电荷为：e=1.6010-19c本实验要求掌握用密立根油滴仪测量电子电量的方法，测定电子的电荷值，并验证电荷的不连续性。二、实验论述1、 实验步骤（1） 了解仪器各部分的功能（2） 练习喷油雾的方法（3） 利用细铜丝插入油雾下落小孔，调节显微镜聚焦在铜丝上（4） 不要反复喷油，因为下一次喷雾会吹散上一次的油雾（5） 喷雾后，在微调显微镜的同时，适当改变平衡电压，以捕捉合适的油滴（6） 将捕捉到的油滴提升至屏幕上端定住，去掉平衡电压使油滴自由下落，记录下落一定距离的时间（7） 在屏幕底部再次平衡住油滴，然后再次将其提升至屏幕顶部，重复下落，计时操作（8） 每个油滴需测量6次下落时间，共测量4个油滴2、 静态法正式测量第2/5页 进行本实验要测量的只有两个量，一个是平衡电压v，另一个是油滴匀速下降一段距离l所需要的时间t。测量平衡电压必须经过仔细调节，将油滴悬于分划板上某条横线附近，以便准确判断出这颗油滴是否平衡了。选择大小合适的油滴是实验的关键。大而亮的油滴，因其质量大，油滴带电量也多，匀速下落一定距离的时间短，从而增加测量和数据处理误差。而过小的油滴布朗运动明显，且不易观察。可选择平衡电压为200300v，匀速下落2mm所用时间约20s的油滴作为待测对象较好。选定测量的一段距离应该在平行极板之间的中央部分，若太靠近上极板，小孔附近有气流，电场也不均匀，会影响测量结果。太靠近下极板，油滴容易丢失，影响重复测量。油滴平衡后，通过“提升”挡电压将油滴提升到合适位置，让油滴下落一小段距离后开始计时，测出油滴匀速运动距离l所用的时间t。接着再加上平衡电压，否则油滴很快消失，影响多次测量。由于实验的统计涨落现象显著，对于同一颗油滴应进行6次测量，而且每次测量都要重新调整平衡电压，并记录此电压值。3、 实验常见问题及解决方法（1） 视场中无法看到油滴答：喷雾器不佳，或者油滴下落孔被堵塞（2） 油滴反复下落后变得越来越模糊答：油滴反复下落后会产生前后的飘逸，适当调节显微镜，可以使油滴重新清晰（3） 测量几次后，油滴失踪答：重新捕获新的油滴，原数据作废（4） 油滴沿屏幕斜下方下落答：请指导教师帮助调整显微镜角度4、 数据处理（1） 理论公式v)+t(1grb2=ne= qlhpd1832pr其中：第3/5页 为油的密度 =981kg/m3g 为重力加速度 g= 9.80 ms-2空气粘滞系数 =1.8310-5 kgm-1s -1 b 为修正常数 b =6.1710 -6mcmhg p 为大气压强 p=76.0cmhgd 为平行极板间距离 d=5.0010-3 m将以上数据代入公式得到油滴所带电量为：32310l8.76+1t4-tl10-101.6=2q（2） 数据处理本实验中我们用“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 =1.6010 -19c 去除实验测得的电量q，得到很接近于某一个整数的数值（如果和整数值相差较大，则应舍去），然后取其整数，这个整数就是油滴所带的基本电荷数目n。再用这个n去除实验测得的电量，即得电子的电荷值e，求出平均电子电量并与公认值比较。5、 实验扩展动态测量法用动态测量法实验时要测量的量有三个：上升电压、油滴匀速下降和上升一段距离所需的时间tg、te。 321 vpa+1eeegrb2vttt =公式：q+2111dlhp181（1）选定测量的一段距离（一般取l=0.200cm 比较合适），应该在平衡极板之间的中央部分，然后把开关拨向“下降”，使油滴自由下落。（2）测量油滴匀速下降经过选定测量距离所需要的时间tg，为了在按动计时器时有思想准备，应先让它下降一段距离后再测量时间。第4/5页 （3）测完tg把开关拨向“平衡”，做好记录后，再拨向“提升”，使油滴匀速上升经过原选定的测量距离，测出所需时间te。同样也应先让它上升一段距离后再测量时间。（4）测完te做好记录，并为下次测量做好准备。三、实验结论在密立根油滴实验中，如何判断和控制油滴在测量范围内作匀速直线运动或如何控制油滴使其静止在视场中以及选择合适的油滴较为困难。但这亦是本实验的重点所在。通过本实验，验证了电荷的不联系性，并测定了电荷的电荷值e。通过本实验过程中对实验仪器的调整、油滴的选择、耐心地跟