近代物理实验论文

近代物理实验论文题目：密立根油滴实验论文姓名：王林专业：11物理本1班完成日期：2013年12月8号摘要：密立根油滴实验是以测量油滴的电量，并验证电荷的量子性。它证明了任何带电体所带的电荷都是某一对小电荷——基本电荷的整倍数；并精确的测定了基本电荷的数值，为从实验上测定其他一些基本物理量提供了可能性。关键词：油滴、电压、下落时间引言：1897年，英国物理学家。约·汤姆逊（J·J·Thomson）通过对阴极射线的深入研究，用实验证明了阴极射线的本质是一种带点的粒子（即电子）。同年他又因测出电子的电荷与质量的比值，而获得1906年的若贝尔物理学奖。为了测定单个电子的电荷值，美国物理学家密立根于1907-1913年用电场合场中运动的带点油滴进行实验，发现所有油滴所带的电量均是某一最小电荷值就是电子电荷。正是由于在基本电荷的光电效应方面的研究，密立根获得了1923年的若贝尔物理学奖。一、实验目的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，并测定电子的电荷值e通过实验时对仪器的调整、油滴的选择、跟踪、测量以及数据的处理等，培养一个人严肃认真和一丝不苟的科学实验方法和态度。二、实验仪器显微摄像油滴仪、油滴、喷雾器三、实验原理用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的水平放置的平行（电）极板之间。油在喷射撕裂成油滴时，由于摩擦一般都是带电。设油滴的质量为m，所带的电荷为q，两极板间的电压为V，则油滴在平行极板间将同时受到重力mg和静电力qe的作用如果调节极板间的电压V，可使该两力达到平衡时。mg=qe=q（1-1）为了测定油滴所带电荷q，除应测出V和d外，还要测出油滴的质量m。因m很小，需用特殊方法来测定。平行极板未加电压时，油滴受重力而加速下降，但由于空气助力的作用，下降一段距离达到某一速度v后，助力与重力平衡（空气浮力忽略不计），油滴将匀速下降，根据流体力学的斯托克斯定律（1-2）式中为空气的粘滞系数；a为油滴半径（由于表面张力的原因，油滴总是呈小球状）。设油的密度为，则油滴的质量（1-3）合并以上两式，得油滴的半径（1-4）对于半径为m的小球，空气的粘滞系数赢作如下修正，即这时斯托克斯定律为：式中b为修正常数，.cmHg；p为大气压强，单位为cmHg。因此，（1-5）上式根号中还包含油滴的半径a，但因它是处于修正项中，不需要十分精确，故它可用（1-4）计算。将（1-5）式代入（1-3）式，得（1-6）对于油滴匀速下降的速度v，可用下法测出：当两极板间的电压V=0时，设油滴匀速下降的距离为了，时间为t，则（1-7）综合上述公式得:（1-8）实验发现，对于同一油滴如果改变它所带的电量，则能够使油滴达到平衡的电压必须是某些特定的值。研究这些电压变化的规律，可以发现，它们都满足下例方程式中，而e则是一个不变的值。对于不同的油滴，可以发现有同样的规律，而且e值是共同的常熟，这就证明了电荷的不连续性，并存在着最小的电荷单位，即电子的电荷值e，从而得（1-9）四、实验步骤1、仪器调节（1）将将工作电压反向开关放置“0”位置，（2）将仪器放置平稳，调节仪器底部左右两只调节螺丝使水准泡显示水平，这时油滴处于水平状态。（3）打开电源开关。从测量显微镜中观测转动目镜头使分划板刻度清晰。(4)在喷雾器中注入实验油少许，将油从喷雾器中旁的喷雾口喷人（一下即可）微调测量显微镜的调焦手轮，使油滴清晰。2、测量练习包括练习控制油滴，练习测量油滴运动和练习选择油滴。练习控制油滴在平行极板上加200-300伏左右的电压，将工作电压反向开关拨到“+”侧或“-”侧，观测油滴的运动情况有无变化。选择其中几颗缓慢运动的油滴，并注视其中一颗，仔细调节工作电压调节旋钮，使这颗油滴平衡不动。然后去掉工作电压（降工作电压反向开关置“0”位），让它匀速下降。下降一段距离再加上工作电压和升降电压。使油滴上升。反复练习掌握控制油滴的方法。3、正式测量实验主要测定两个量――平衡电压和油滴匀速下降一段距离勒索需时间平衡电压必须仔细调节，并将油滴置于分化板上某一刻度附近以便油滴是否平衡。测量时间t时应先让油滴下降一段距离，是油滴达到匀速当达到某一刻度时开始计时。对油滴进行反复测量记录时间t。五、实验数据处理=981kg.g=9.80m.l=将记录每个油滴的时间t求平均代入（1-9）式计算出e的值。六、误差分析1理论误差因为油密度、空气的粘滞系数都是温度的函数，重立加速g和大气强度p又随实验地点和实验条件变化，但是一般条件下，计算的误差只有百分之一左右因此给实验计算带来误差。2测量误差(1)、密立根油滴实验是一个操作要求较高的实验，因此，在实验仪器相同的情况下，测量误差除了系统差引起的部分，主要就是有测量人员的主管因