密立根油滴实验电荷数

密立根油滴实验电荷数目的电子电量很小，且获得单个电子也不易，密立根油滴实验通过研究电场中的带电油滴的下落，测定电子的电量。仪器这是一种专为中学设计的仪器。它主要由电源、观察显微镜、油滴室、照明系统等组成。仪器电源在底座内，它将交流220伏输入电压变为直流500伏和交流7伏;观察显微镜带有刻度分划板，便于读出油滴运动的距离，配合计时停表，可测定油滴运动速度，利用齿轮、齿条的调焦，能清晰观察油滴。油滴室内是两块水平放置的平行金属板组成的电容器，电容器上的直流电压在0-500伏内连续可调，平行极板的极性由三挡换向电键转换，电压大小由直流电压表指示，改变电压的大小和方向可以控制油滴在电场中运动的快慢和方向;照明系统采用6-8伏，3瓦灯泡为光源，发热量小，发出的光经聚光镜将平行极板内的油滴照亮，它可绕转臂旋转，便于调节视场照度。该仪器配有喷雾器、钟表油和水准器等附件。实验中所用停表需另备原理用喷雾器将油滴喷入电容器两块水平的平行电极板之间时，油滴经喷射后，一般都是带电的。在不加电场的情况下，小油滴受重力作用而降落，当重力与空气的浮力和粘滞阻力平衡时，它便作匀速下降，它们之间的关系是:mg=F1+B(1)式中:mg──油滴受的重力，F1──空气的粘滞阻力，B──空气的浮力。令σ、ρ分别表示油滴和空气的密度;a为油滴的半径;η为空气的粘滞系数;vg为油滴匀速下降速度。因此油滴受的重力为mg=4/3πa^3δg(注:a^3为a的3次方，以下均是)，空气的浮力B=4/3πa^3ρg，空气的粘滞阻力f1=6πηaV(流体力学的斯托克斯定律，V表示速度，g是重力加速度)。于是(1)式变为:4/3πa^3δg=6πηaV+4/3πa^3ρg可得出油滴的半径a=3(ηV/2g(δ-ρ))^1/2(2)当平行电极板间加上电场时，设油滴所带电量为q，它所受到的静电力为qE，E为平行极板间的电场强度，E=U/d，U为两极板间的电势差，d为两板间的距离。适当选择电势差U的大小和方向，使油滴受到电场的作用向上运动，以ve表示上升的速度。当油滴匀速上升时，可得到如下关系式:F2+mg=qE+B(3)上式中F2为油滴上升速度为Ve时空气的粘滞阻力:F2=6πηaVe由(1)、(3)式得到油滴所带电量q为q=(F1+F2)/E=6πηad(Vg+Ve)/u(4)(4)式表明，按(2)式求出油滴的半径a后，由测定的油滴不加电场时下降速度vg和加上电场时油滴匀速上升的速度ve，就可以求出所带的电量q。注意上述公式的推导过程中都是对同一个油滴而言的，因而对同一个油滴，要在实验中测出一组vg、ve的相应数据。用上述方法对许多不同的油滴进行测量。结果表明，油滴所带的电量总是某一个最小固定值的整数倍，这个最小电荷就是电子所带的电量e。过程目的和要求学习密立根油滴实验方法，通过对不同油滴所带电量的测量，总结出油滴所带的电量总是某一个最小固定值的整数倍，从而得出存在着基本电荷的结论。通过实验认识电子的存在，认识电荷的不连续性。器材密立根油滴实验仪。实验方法1.将仪器接入220伏交流电源。2.高压电源调节置于0位置，旋开油滴室盖子，把水准器放置在上极板面上，利用调平螺钉将油滴室内的平行板电容器板面调节水平。调节显微镜目镜，使分划板刻线明显清晰。再把大头针插入上板小孔中，调节光源角度，直到从显微镜中观察大头针周围光场最明亮、范围最大和光强均匀为止，然后拨出大头针拧上盖子准备喷油。由于本步骤要调节电容器极板，谨防极板带电，应由教师调节。3.用喷雾器将油滴喷入油滴室内，从显微镜中观察油滴运动情况。实验时先找一个合适的油滴(较小的油滴，运动较缓慢，所带电量小于5个基本电量)，使它自由落下，然后再加上电场使它向上运动(上升太快或太慢就适当调节电压)。这样在重力和电场力交替作用下，让油滴反复上升、下落若干次，在整个视场内都可以看得很清楚，否则需要重新选择。4.用停表作记录:记录油滴n次下落一定的距离L(显微镜分划板刻线的距离)，所经历的总时间tg总，记录油滴n次上升同一距离L，所经历的总时间tE总(两次记录必须是对同一油滴)，用油滴所通过的总距离nL分别除以总时间tg总及tE总就得出vg和vE利用公式(4)算出油滴所带的电量q。5.按照上述方法选取6-10个不同的油滴进行测量，计算它们各自所带的电量。6.数据处理:本实验只要求学生进行简单的数字处理和分析，按书后的表格记录数据和计算即可。折叠编辑本段注意事项1.实验完毕即切断电源。2.本实验重点是实验方法、实验设计思想的学习和训练。特别要强调实验中必须耐心和细心，对实验结果一定要实事求是。3.注意保护显微镜。所有镜头出厂前均已经过校验，不得自行拆开。镜头上若有灰尘，可用吹气球将灰尘吹去，镜头表面油污可用清洁的软细布沾少量酒精擦拭。4.实验后用柔软的布将油滴室窗玻璃、机身的油擦拭干净，连同附件装箱放在干燥、通风的地方。5.由于本仪器要用高压电源，购进仪器后，要检查高压电源部分是否符合安全用电要求。6.实验时一定要选择质量适中，而带电量不多的油滴。因为质量太大的油滴带的电荷多，下降的是速度快，不容易测准确;太小的话受布朗运动的影响明显，也不易测准确。密立根油滴实验参考资料实验中的油滴甚为微小，其线度约为微米数量级，可与空气分子的平均自由程相比拟。这样，空气就不能看作是连续的媒质了，所以必须进行修正。经修正应换成q=6πηad/U(Vg+Ve)/(1+(6.17*10^(-4)/pa)^3/2)式中油滴的半径虽然也应该予以修