实验题目：用密立根油滴实验测电子电荷e

PAGE1-5-实验报告ＰＢ０５００７２０４李东永实验题目：用密立根油滴实验测电子电荷e；实验目的：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：1）密立根油滴实验测定电子电荷的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。在本实验中采取的是平衡测量法。2）平衡测量法：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。对油滴的受力分析如右图所示则当油滴在电场中平衡时，油滴在两极板间受到电场力qE、重力和浮力达到平衡，从而静止某一位置。即：当油滴在重力场中作匀速运动时，则有：a．（油与空气的密度分别为、，油滴的半径为r）；b．（为空气黏度，v为油滴下落速度）所以可以得到：3）元电荷的测量法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。所以通过求出各个油滴所带的电荷数，进而就可以求得e值。实验内容：１.选择大小适中的带电油滴（一般直径在1mm左右），调节平衡电压，油滴平衡（平衡电压一般在50V～450V之间）；２.在重力场中测油滴下落时间t，每个重复７次，下落距离取１mm（４格），测９个不同的油滴；３.将所有数据输入微机处理并记录。原始数据：油滴序号电压/V下降1mm所需时间t/s12361.041.021.021.021.001.031.0121341.431.491.421.471.451.461.4532031.341.381.361.321.351.371.3742171.011.021.041.031.031.021.0152551.021.021.001.020.991.031.0362611.051.041.061.061.071.061.0773991.351.341.321.331.361.341.3282220.850.870.860.870.880.860.8891451.321.321.311.281.281.271.33数据处理：将实验的原始数据输入微机，处理结果如下：第K粒油滴平均值电荷q/C电子数ne/C误差K=14.428e-172761.603e-190.0869%K=24.558e-172841.603e-190.0882%K=33.342e-172081.602e-190.0340%K=44.795e-172991.601e-190.0472%K=54.115e-172571.600e-190.12%K=63.784e-172361.601e-190.0335%K=71.736e-171081.599e-190.175%K=86.210e-173751.603e-190.0641%K=94.980e-173111.601e-190.0445%总平均值——————1.601e-190.0145%注意事项：防止油污染ＣＣＤ镜头；防止损坏喷雾器（无处购买）；在实验过程中，要控制好电压的范围在50V～450V之间；选油滴的过程中要尽量控制好油滴的大小，否则大的油滴虽然比较亮，但一般带的电荷多，下降速度太快，不容易测准确；太小则受布朗运动影响明显，测量结果涨落很大，也不容易测准确。因此应该选择质量适中，而带电不多的油滴。误差分析：本实验中的误差主要来源于对油滴的位移的控制上，因为油滴的速度比较快，所以若要控制油滴的位移正好为4格（即1mm）有些困难，因此由于位移控制得不准确，所以就会造成一些误差。另外，油滴上电荷的改变也是造成实验误差的原因之一。思考题：１．为什么必须使用油滴作匀速运动或静止？实验室中如何保证油滴在测量范围内作匀速运动？答：1.因为本实验中采用的测量方法为平衡测量法，而且让油滴作匀速运动或静止的时候油滴不具有加速度，减少了测量时的步骤，而此时油滴的运动状态也比较容易分析，因此做出的实验结果也比较准确，所以使油滴做匀速运动或静止；2.使油滴开始运动时的加速度足够大，这样油滴加速的时间就比较短，这样在一定的误差范围内就可以认为油滴作匀速运动。２．怎样区别油滴上电荷的改变和测量时间的误差？答：因为油滴上电荷的改变具有方向性，而测量时间的误差具有随机性，所以将测量出的时间和标准值相比较：若测量出的时间只分布在标准值的某一侧，则有极大的可能是由油滴上电荷的改变而造成的误差；若测量出的时间分布在标准值的两侧，且基本符合随机误差分布原理，则最可能是在测量时间过程中产生的误差。由于测量次数极为有限，并且反应时间的误差可能会覆盖电荷改变引起的时间