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文档简介
密立根油滴实验密立根简介图1罗伯特·安德鲁·密立根(RobertAndrewsMillikan,1868年3月22日—1953年12月19日),美国实验物理学家。1923年诺贝尔物理学奖获得者。1、加电场,油滴静止
质量m,带电量为q的球形油滴,在两块加有电压V的平行极板之间受两个力的作用(如图2所示)。若调节极板间的电压U,使两力达到平衡,这时:实验原理图2电场存在受力图2、不加电场,油滴匀速下落(2)(4)
(3)
(5)(b-修正常数;P-大气压强)(6)图3不加电场受力图实验原理5(8)(9)(7)将(6)式代入(3)式得:图4各参数值:(10)本实验最终依据的测量公式:
6倒过来验证法求基本电荷e7
实验测量电荷值
q实验
,除以公认的电子电荷值e=1.602×10-19C,得到一个接近于某一整数的数值:n‵=
q实验/e理论,在误差允许范围内这一整数值n
即为油滴所带的基本电荷数,再用这一n去除实验测量的电量,即得电子电荷值:e实验=q实验/n百分差:张怡北方民族大学物理实验中心实验仪器介绍实验仪包括:主机、CCD成像系统、油滴盒、监视器和喷雾器等部件组成9图5实验仪器介绍CCD成像系统油滴盒监视器喷雾器主机图6主机操作按钮调焦旋钮电压调节旋钮计时开始/结束切换键0V/工作切换键平衡/提升键确认键10实验仪器介绍图7油滴盒装置示意图:11油雾杯油滴室上下极板1、实验过程中不能开窗户2、时刻用抹布擦净桌面的油渍3、光学器件娇贵,不许放书包和水杯在上面4、CCD盒、紧定螺钉、摄像镜头的机械位置不能变更,否则会对像距及成像角度造成影响。5、注意调整进油量开关,应避免外界空气流动对油滴测量造成影响。6、仪器内有高压,实验人员避免用手接触电极。12实验注意事项北方民族大学物理实验中心实验内容1、调节仪器1)水平调整:调整调平螺钉旋钮,直到水准泡正好处于中心,使平衡电场方向与重力方向平行,否则油滴在下落或提升过程中会发生左右的漂移。(严禁旋动水准泡上的旋钮)2)仪器硬件接口连接(监视器亮度调整为20、对比度调整为100)14实验内容3)实验仪联机使用打开实验仪器电源和监视器电源
按主机任意键检查监视器参数设置(g、ρ、P、油滴下落距离)按主机确认键。监视器显示实验界面(图8);主机的计时“开始/结束”键为结束、“0V/工作”键为0V、“平衡/提升”键为“平衡”。15图8实验界面示意图加到极板的电压保存结果显示区(5格子)计时开始到结束所经历的时间实验方法16显示当前设置的油滴下落距离电荷运动位移1.6mm4)打开油滴盒进油量开关,从喷雾口喷入油雾,调整调焦旋钮,使监视器出现大量清晰的油滴。2、测量练习
1)练习控制油滴:设置计时“开始/结束”键为结束、“0V/工作”键为工作、“平衡/提升”键为“平衡”,平衡电压调为约400V。喷入油滴,调节调焦旋钮,使屏幕上显示大部分油滴。选择一个上升缓慢的油滴,首先调节调焦旋钮使该油滴最小最亮,然后仔细调节平衡电压的大小,使它平衡在某一格线上。接着,
将“平衡/提升”键转换为“提升”使该油滴上升,然后去掉极板电压(即“0V/工作”键为0V
)再让它下降。如此反复升降,直到能熟练控制油滴的运动。若发现油滴逐渐变得模糊,需微调调焦旋钮,使油滴保持清晰。172)练习选择油滴:选择一个大小合适,带电量适中的油滴,是做好本实验的关键。选的油滴不能太大,太大的油滴虽然比较亮,但是一般带电荷比较多,下降速度也比较快,时间不容易测准确。油滴也不能选得太小,油滴太小受布朗运动或气流的影响太大,时间也不容易测准确。通常可以选择平衡电压在280V到330V之间,匀速下降1格所用时间为2-5秒的油滴,其大小和带电量都比较合适。183、正式测量:三个参数设置按键分别为:“结束”、“工作”、“平衡”状态,平衡电压调为约400V
。通过喷雾口向油滴盒内喷入油雾。选取合适的油滴,仔细调整平衡电压U,使其平衡在起始(最上面)格线上。将“0V/工作”状态按键切换至“0V”,此时油滴开始下落,当油滴下落到有“0”标记的格线时,立即按下计时“开始”键,同时计时器启动,开始记录油滴的下落时间t。19当油滴下落至有距离标记的格线时(例如:1.6),立即按下计时“结束”键,同时计时器停止计时,油滴立即静止,“0V/工作”按键自动切换至“工作”。通过“确认”按键将这次测量的“平衡电压和匀速下落时间”结果同时记录在监视器屏幕上。将“平衡/提升”按键置于“提升”,油滴将向上运动,当回到高于有“0”标记格线时,将“平衡/提升”键切换至“平衡”状态,油滴停止上升,重新调整平衡电压。(注意:如果此处的平衡电压发生了突变,则该油滴得到或失去了电子。这次测量不能作数,从步骤②开始重新找油滴。)20重复③④⑤,并将数据(平衡电压V及下落时间t)记录到屏幕上。当5次测量完成后,按“确认”键,系统将计算5次测量的平均平衡电压和平均匀速下落时间,并根据这两个参数自动计算并显示出油滴的电荷。21图9界面显示测量结果22百分差:
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