密立根油滴實驗大學物理實驗（課堂PPT）

1、1密立根油滴實驗密立根油滴實驗 1907-1913年密立根用在電場和重力場年密立根用在電場和重力場中運動的帶電油滴進行實驗，發(fā)現(xiàn)所有油中運動的帶電油滴進行實驗，發(fā)現(xiàn)所有油滴所帶的電量均是某一最小電荷的整數(shù)倍，滴所帶的電量均是某一最小電荷的整數(shù)倍，該最小電荷值就是電子電荷。該最小電荷值就是電子電荷。 2 密立根油滴實驗獲得兩項重大的成果： 一是證明了任何帶電物體所帶的電荷都是基本電荷e的整數(shù)倍，并精確測出了基本電荷的數(shù)值； 二是明確了電荷的不連續(xù)性，即電荷具有量子性。3實驗目的實驗目的 (1) 學習密立根油滴實驗的設(shè)計思想。并測量基本電荷的電量，加深對電荷“量子性”的理解。驗證電荷的不連續(xù)性。

2、(2) 通過對帶電油滴在重力場和靜電場中運動的測量，驗證電荷的不連續(xù)性，并測定基本電荷值。 (3) 通過對實驗儀器的調(diào)整，油滴的選擇、跟蹤和測量，以及實驗數(shù)據(jù)處理等，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W實驗態(tài)度。42. 2. 實驗儀器實驗儀器密立根油滴儀密立根油滴儀油霧室油霧室平衡水泡平衡水泡CCD物鏡物鏡極板電壓極板電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換開關(guān)計時鍵計時鍵平衡電壓平衡電壓調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)ccd提升、平提升、平衡、下降衡、下降轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)換開關(guān)聯(lián)動鍵聯(lián)動鍵5噴霧器噴霧器物鏡平動物鏡平動旋鈕旋鈕正負極板正負極板6顯示器顯示器開關(guān)開關(guān)對比度調(diào)節(jié)對比度調(diào)節(jié)亮度調(diào)節(jié)亮度調(diào)節(jié)垂直顯示調(diào)節(jié)垂直顯示調(diào)節(jié)水平顯示調(diào)節(jié)水平顯示調(diào)節(jié)計時顯示計時顯示

3、電壓顯示電壓顯示78 實驗原理實驗原理 通過帶電油滴在電場和重力場中受力和運動情況，測定基本電荷的電量。9實驗原理實驗原理 設(shè)質(zhì)量為m帶電量為q的油滴在兩平行極板間運動，兩極板間電壓為U，極板間距為d。則油滴在極板間將同時受到重力和電場力的作用，如圖所示。如果調(diào)節(jié)兩極板間的電壓U，可使電場力和重力達到平衡，即 10電場存在受力圖dqqemgV11實驗原理實驗原理 要測定油滴所帶的電量q，除了要測出V和d外，還要測出油滴的質(zhì)量m，下面推導測量m的公式。dqqemgV12實驗原理實驗原理 當兩平行極板間不加電壓時（即電場不存在時），油滴所受的電場力隨之消失，在重力作用下加速下降，同時也受空氣阻力(

4、黏滯阻力)作用，根據(jù)斯托克斯定律，黏滯阻力為vafr613實驗原理實驗原理 a為油滴的半徑,為空氣的黏滯系數(shù)，為油滴運動的速度。油滴下降一段距離達到某一速度（收尾速度）后，黏滯阻力和重力會平衡（空氣浮力忽略不計），油滴將勻速下降.vafr614電場不存在受力圖兩平行極板間不加電壓時即電場不存在時frmgmgvafgr6 15334avmgva29mgvafgr616實驗原理實驗原理 考慮到油滴半徑小到10-6米時，其半徑與空氣中分子的平均自由程可以比擬，空氣不能被認為是連續(xù)介質(zhì)，空氣的黏滯系數(shù)應做如下修正pba117 b為修正常數(shù)，b = 8.2210-3mPa，p為大氣壓強（單位是Pa），a

5、為未修正過的油滴半徑。則修正后油滴半徑用為 pabgva112918 對于勻速運動的油滴，其下降的距離、所需時間和速度之間的關(guān)系為tlv 19實驗原理實驗原理V)1 (2182/3dpabtlpgq20數(shù)據(jù)記錄及處理數(shù)據(jù)記錄及處理 (1) 數(shù)據(jù)處理方法：已知：油的密度 = 981 kg/m3重力加速度 g = 9.797 m / s2空氣的粘滯系數(shù) = 1.8310-5 kg /ms 油滴下降距離 l = 2.0010-3 m常數(shù) b = 8.2210-3mPa大氣壓 P = 1.013105Pa平行極板距離 d = 5.0010-3 m21 將以上數(shù)據(jù)代入上式得 V1101.961101.4

6、3232-14ttq 22(2) 數(shù)據(jù)表格23實驗步驟實驗步驟 -調(diào)整儀器 (1) 調(diào)整儀器底部的調(diào)平螺絲，使水準儀的氣泡移到中央，這時平行極板處于水平位置，電場方向和重力平行。 (2 ) 將監(jiān)視器亮度調(diào)低，對比度調(diào)到最高。 (3) 將油從油霧室旁的噴霧口噴入（1-2次即可），立刻微調(diào)顯微鏡的調(diào)焦手輪，使視場中出現(xiàn)大量清晰的油滴。2425選擇合適的油滴 (1) 將油滴儀的換向開關(guān)K1放在“+”或“-”上，功能鍵K2置于“平衡”檔，觀察幾顆緩慢運動的油滴，并注視其中的某一顆，微調(diào)顯微鏡，使該油滴很清楚，在80300V之間仔細調(diào)節(jié)平衡電壓使這顆油滴靜止不動。 (2) 分別將K2開關(guān)置于“提升”或“

7、0V”，觀察到該油滴能夠上、下自如運動，然后將其移動在屏幕上某刻度線上，將K2置于“平衡”檔， 使之保持平衡。26選擇合適的油滴(3) 將K2置于“0V”檔，油滴下移，同時計時器自動計時，當油滴向下運動兩個刻度并恰好在刻度線上時，將K2置于“平衡”，計時停止，此時屏幕右上方即顯示該油滴運動兩個刻度距離的時間。該時間再乘以4則是油滴勻速下降2mm的估算時間，選擇這段時間在830s的油滴.27正式測量 (1) 將油滴懸于分化板上某條橫線附近(最好選擇在平行極板之間的中間部分)，以便準確判斷出這顆油滴是否達到平衡。觀察時間約十幾秒，如果油滴在此時間內(nèi)在平衡位置附近漂移不大，則可認為油滴在平衡狀態(tài)，此

8、時的電壓為平衡電壓Vn。 (2) 將油滴用K2控制移動到“起跑線上”，按K3使計時器停止計時，然后將K2置于“0V”，油滴開始勻速下降的同時，計時器開始計時，到“終點”時，迅速將K2置于“平衡”，油滴靜止，計時結(jié)束。此時的時間為油滴勻速下降2mm所需的時間。 28正式測量(3) 對于同一顆油滴，必須重復測量5次。(4) 另選4顆不同的油滴，用同樣的方法進行測量。注意注意：計時結(jié)束時，一定要迅速將油滴儀的功能鍵置于“平衡”檔，否則油滴就會運動到下極板而觀察不到，進而無法測量5次。 29實驗注意事項 實驗前必須調(diào)節(jié)水準泡； (1) 每次都要調(diào)節(jié)平衡電壓，要求每個油滴的平衡電壓和下降時間都不同。 (2) 擦拭極板時要關(guān)掉電源，以免觸電； (3) 噴油霧前將漏油開關(guān)打開30實驗注意事項 (4) 噴油時功能鍵K2應置于“平衡”處，調(diào)節(jié)兩電極板間電壓在150-200V之間。 (5) 噴霧時噴霧器應豎拿,食指賭住氣孔,對準油霧室的噴霧口,輕輕噴入少許（噴1-2下）即可；噴油太多，易堵塞上電極板中的落油孔。 (6) 噴油后，噴霧器應豎立放置。31實驗注意事項 (7) 噴油后應將風口蓋住，以防止空氣流動對油滴