实验报告密立根油滴实验

浙江大学宁波理工学院物理实验报告一、实验名称：密立根油滴实验测电子电荷e二、实验目的：1、经过对带电油滴在重力场和静电场中运动的丈量，考证电荷的不连续性，并测定电子电荷的电荷值e。2、经过实验过程中，对仪器的调整、油滴的选择、耐心地追踪和丈量以及数据的办理等，培育学生严肃认真和谨小慎微的科学实验方法和态度。3、学习和理解密立根利用宏观量丈量微观量的奇妙假想和构想。三、仪器器具：密立根油滴实验仪四、实验原理：动向丈量法假定重力场中一个足够小油滴的运动，设此油滴半径为r，质量为m1，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m1gm2gKvf

vf

匀速着落，则有（1）此处m2为与油滴同体积的空气质量，K为比率系数，g为重力加快度。油滴在空气及重力场中的受力状况如图1所示：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，假如油滴以速度

vr匀速上涨，则有qE

(m1

m2

)g

Kvf

2qEKvfm2g2gKvrm1gm1g图1重力场中油滴受力表示图图2电场中油滴受力表示图由式（1）和（2）消去K，可解出q为q(m1m2)g(vfvr)（3）Evf由式（3）能够看出，要丈量油滴上携带的电荷q，需要分别测出1、2、E、mmvf、vr等物理量。由喷雾器喷出的小油滴的半径r是微米数目级，直接丈量其质量m1也是困难的，为此希望消去m1，而代之以简单丈量的量。设油与空气的密度分别为1、2，于是半径为r的油滴的视重为m1gm2g4r3(12)g（4）3五、实验内容：学习控制油滴在视场中的运动，并选择适合的油滴丈量元电荷。要求起码丈量5个不一样的油滴，每个油滴的丈量次数应在3次以上。1、调整油滴实验仪①水平调整调整实验仪底部的旋钮(顺时针仪器高升，逆时针仪器降落)，经过水平仪将实验平台调平，使均衡电场方向与重力方向平行免得惹起实验偏差。极板平面能否水平决定了油滴在着落或提高过程中能否发生前后、左右的漂移。②喷雾器调整将少许钟表油迟缓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，免得实验过程中不慎将油倾倒至油滴盒内拥塞落油孔。将喷雾器竖起，用手挤压气囊，使得提油管内充满钟表油。③仪器硬件接口连结主机接线：电源线接沟通220V/50Hz；Q9视频输出接监督器视频输入（IN）。监督器：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沟通电压。前面板调整旋钮自左至右挨次为左右调整、上下调整、亮度调整、对照度调整。④实验仪联机使用a．翻开实验仪电源及监督器电源，监督器出现欢迎界面b．按随意键：监督器出现参数设置界面，第一，设置实验方法，而后依据该地的环境适合设置重力加快度、油密度、大气压强、油滴着落距离。“←”表示左移键、“→”表示为右移键、“+”表示数据设置键。c．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，将均衡、提高按键设置为“均衡”。⑤CCD成像系统调整从喷雾口喷入油雾，此时监督器上应当出现大批运动油滴的像。若没有看到油滴的像，则需调整调焦旋钮或检查喷雾器能否有油雾喷出，直至获得油滴清楚的图像。⑥控制油滴的运动选择适合的油滴，调整均衡电压，使油滴均衡在某一格线上，将工作状态按键切换至“0V”，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、浮力及空气阻力的作用下作着落运动，当由滴着落到有0标记的刻度线时，马上按下准时开始键，同时计时器开始记录油滴着落的时间；待油滴着落至有距离标记（比如）的格线时，马上按下准时结束键，同时记时器停止记时。经历一小段时间后0V、工作按键自动切换至“工作”（均衡、提高按键处于“均衡”），此时油滴将停止着落，能够经过确认键将此次丈量数据记录到屏幕上。将工作状态按键切换至“工作”，红色指示灯点亮，此时仪器依据均衡或提升状态分两种情况：若置于“均衡”，则能够经过均衡电压调理旋钮调整均衡电压；若置于“提高”，则极板电压将在原均衡电压的基础上再增添200V的电压，用来向上提高油滴。⑤选择适合的油滴要作好油滴实验，所选的油滴体积要适中，大的油滴固然光亮，但一般带的电荷多，降落或提高太快，不简单测正确。太小则受布朗运动的影响显然，丈量时涨落较大，也不简单测正确。所以应当选择质量适中而带电不多的油滴。建议选择均衡电压在150-400V之间、着落时间在20S（当着落距离为2mm时）左右的油滴进行丈量。均衡丈量法：①开启电源，进入实验界面将工作状态按键切换至“工作”，红色指示灯点亮；将均衡、提高按键置于“均衡”。②经过喷雾口向油滴盒内喷入油雾，此时监督器大将出现大批运动的油滴。选用适合的油滴，认真调整均衡电压，使其均衡在某一同始格线上（见后边均衡法表示图）。③将工作状态按键切换至“0V”，此时油滴开始着落，当油滴着落到有“0”标记的格线时，马上按下准时开始键，同时计时器启动，开始记录油滴的着落时间。④当油滴着落至有距离标记的格线时（比如：），马上按下准时结束键，同时记时器停止记时（如无人为干涉，经过一小段时间后，工作状态按键自动切换至“工作”，油滴将停止挪动），此时能够经过确认按键将丈量结果记录在屏幕上。⑤将均衡、提高按键置于“提高”，油滴将被向上提高，当回到高于有“0”标记格线时，将均衡、提高键置回均衡状态，使其静止。⑥从头调整均衡电压，重复③④⑤，并将数据记录到屏幕上（均衡电压V及着落时间t）。当达到5次记录后，按确认键，界面的左面出现实验结果。⑦重复②③④⑤⑥步，测出油滴的均匀电荷量起码测5个油滴，并依据所测得的均匀电荷量Q求出它们的最大条约数，即为基本电荷e值（需要足够的数据统计量）。依据e的理论值，计算出e的相对偏差。数据记录：单位×10-19CQ1Q2Q3Q4Q513．2594．8503．1187．986．3．22723．1854．7843．2438．0233．28433．0764．8863．2478．0613．18343．3074．9023．1897．7513．20753．2084．8993．0997．9853．187均匀3．2074．8643．1797．9553．218六、数据办理：考证明验数据：假定电子的电荷e=×10-19CN1=