密里根實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯密里根實(shí)驗(yàn)報(bào)告 物 物 理 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 【試驗(yàn)題目】 密立根油滴試驗(yàn) 【試驗(yàn)?zāi)康摹?1. 通過(guò)對(duì)帶電油滴在重力場(chǎng)和靜電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的測(cè)量，驗(yàn)證電荷的"量子化'，即電量不是連續(xù)變化的，測(cè)定電子的電荷值； 2. 理解分別利用靜、動(dòng)平衡條件奇妙測(cè)量電子荷質(zhì)比奇妙之處，通過(guò)對(duì)儀器的調(diào)整練習(xí)選擇、跟蹤油滴，調(diào)整電壓使油滴平衡。 【試驗(yàn)儀器】 由油滴盒、CCD 電視顯微鏡、電路箱、監(jiān)視器等組成的密立根油滴儀； 棕油、噴油器。 【 試驗(yàn)原理】 1. 靜態(tài)（平衡）測(cè)量法 用噴霧器將油滴噴入兩塊相距為 d 的平行極板之間。油在噴射撕裂成油滴時(shí)，一般都是帶電的

2、。設(shè)油滴的質(zhì)量為 m，所帶的電量為q，兩極板間的電壓為 V ，如圖 （b） 所示。假如調(diào)整兩極板間的電壓 V ，可使兩力達(dá)到平衡，有： dVq qE mg = = (1) 為了測(cè)出油滴所帶的電量 q，除了需測(cè)定平衡電壓 V 和極板間距離 d 外，還需要測(cè)量油滴的質(zhì)量 m。因 m 很小，需用如下特別方法測(cè)定：平行極板不加電壓時(shí)，油滴受重力作用而加速下降，由于空氣阻力的作用，下降一段距離達(dá)到某一速度gn 后，阻力rf 與重力mg 平衡，如圖 (a) 所示（空氣浮力忽視不計(jì)），油滴將勻速下降。其中油滴重力為 mg=34p r 3 r g .此時(shí)有： mg v a fg r= = h p 6 (2)

3、其中 h 是空氣的粘滯系數(shù)，是 a 油滴的半徑。經(jīng)過(guò)變換及修正，可得斯托克斯定律： pabv afgr+=16 h p (3) 其中 b 是修正常數(shù)， b=8.2210 -6 mPa , p 為大氣壓強(qiáng)，單位為厘米汞高。 至于油滴勻速下降的速度gv ，可用下法測(cè)出：當(dāng)兩極板間的電壓 V 為零時(shí),設(shè)油滴勻速下降的距離為 l ，時(shí)間為 t ，則 ： ggtlv = (4) 最終得到理論公式： Vdpabtlgqg23) 1 (218úúúúûùêêêêëé+=hrp (5) 上式

4、即為靜態(tài)法測(cè)油滴電荷的公式。其中： gvagrh29= 為了求電子電荷，對(duì)試驗(yàn)測(cè)得的各個(gè)電荷求最大公約數(shù)，就是基本電荷的值， 照耀油滴，使它所帶電荷轉(zhuǎn)變） ，這時(shí) q1 應(yīng)近似為某一最小單位的整數(shù)倍，此最小單位即 為基本電荷。 也就是電子電荷，也可以測(cè)得同一油滴所帶電荷的轉(zhuǎn)變量 q1 ，這時(shí)q1應(yīng)近似為某一最小單位的整數(shù)倍，此最小單位即為電荷量 e. 【試驗(yàn)內(nèi)容】 1、 儀器調(diào)整： 調(diào)整儀器底座上的三只調(diào)平手輪，將水泡調(diào)平。打開(kāi)儀器，使屏幕視野清楚亮度相宜并調(diào)整接目鏡，使分劃板刻線清楚。 2、 噴油滴：噴霧器內(nèi)的油不行裝得太滿， 否則會(huì)噴出許多"油'而不是"油霧&#

5、39;， 噴油時(shí)噴霧器的噴頭不要深化噴油孔內(nèi)，防止大顆粒油滴堵塞落油孔； 3、 選擇油滴：微調(diào)測(cè)量顯微鏡的調(diào)焦手輪，這時(shí)視場(chǎng)中即消失大量清楚的油滴。且大而亮的油滴必定質(zhì)量大，所帶電荷也多，而勻速下降時(shí)間則很短，增大了測(cè)量誤差和給數(shù)據(jù)處理帶來(lái)困難。過(guò)小的油滴觀看困難,布朗運(yùn)動(dòng)明顯，會(huì)引入較大的測(cè)量誤差。通常選擇平衡電壓為 200左右， 勻速下落 2mm 的時(shí)間在 1535S 左右的油滴較相宜。噴油后，置"平衡'檔,調(diào) W 使極板電壓為 200左右，留意幾顆緩慢運(yùn)動(dòng)、較為清楚光明的油滴。置"0V'檔時(shí)，觀看各顆油滴下落也許的速度，從中選一顆滿意條件的油滴作為測(cè)量

6、對(duì)象。如油滴斜向運(yùn)動(dòng)，則可轉(zhuǎn)動(dòng)顯微鏡上的圓形 CCD，使油滴垂直方向運(yùn)動(dòng)； 4、 測(cè)量：將油滴移至某條刻度線上，認(rèn)真調(diào)整平衡電壓，當(dāng)油滴不在上升或下降時(shí)為平衡電壓，將電壓置"up'檔，使油滴上升到距刻度線一格以上，置"平衡'檔，將計(jì)時(shí)器歸零，置"down'檔，當(dāng)油滴經(jīng)過(guò) 0 刻度線時(shí)開(kāi)頭計(jì)時(shí)，當(dāng)經(jīng)過(guò)刻度線 2 時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)束并將電壓置"平衡'檔，重復(fù) 6 次該油滴的試驗(yàn)，記錄運(yùn)動(dòng)的時(shí)間及平衡電壓； 5、 根據(jù)上述方法，再另找兩滴油滴，并記錄數(shù)據(jù)。 【 原始 數(shù)據(jù)】 第一組 V(v) 174 175 174 175 174 1

7、76 t (s) 28.8 28.4 28.7 28.5 28.5 28.3 其次組 V(v) 171 172 172 171 171 173 t (s) 29.2 29.8 28.5 29.4 29.3 29.8 第三組 V(v) 185 185 184 184 185 185 t (s) 22.1 21.6 21.5 21.3 21.3 21.4 為油的密度 =981Kg/m 3 g 為重力加速度 g = 9.80 ms -2 空氣粘滯系數(shù) =1.8310 -5 Pas l 為油滴勻速下降的距離 l = 2.0010 -3 m b 為修正常數(shù) b =8.2210 -6 mPa p 為大氣壓

8、強(qiáng) P=1.013310 5 Pa d 為平行極板間距離 d =5.0010 -3 m 【數(shù)據(jù)處理】 由靜態(tài)法測(cè)油滴電荷的公式： Vdpabtlgqg23) 1 (218úúúúûùêêêêëé+=hrp 和 gvagrh29= 可得： 帶電量/c i=q/e i(取整） 電子電量e/c 第一組 4.81911E-19 3.011945 3 1.60637E-19 4.89316E-19 3.058225 3 1.63105E-19 4.84432E-19 3.027701

9、3 1.61477E-19 4.86743E-19 3.042143 3 1.62248E-19 4.8954E-19 3.059627 3 1.6318E-19 4.89117E-19 3.056981 3 1.63039E-19 其次組 4.80324E-19 3.002027 3 1.60108E-19 4.8248E-19 3.015502 3 1.60827E-19 4.80324E-19 3.002027 3 1.60162E-19 4.82802E-19 3.017515 3 1.60934E-19 4.80324E-19 3.002027 3 1.60108E-19 4.803

10、24E-19 3.002027 3 1.60108E-19 第三組 6.74287E-19 4.214294 4 1.68572E-19 6.97835E-19 4.361468 4 1.74459E-19 7.06528E-19 4.415801 4 1.76632E-19 7.16503E-19 4.478141 4 1.79126E-19 7.1263E-19 4.453935 4 1.78157E-19 7.0764E-19 4.422752 4 1.7691E-19 e=åiie181= 1.70544E-19 C = -=å=1812e) () 1 18 ( 1

11、81iie e s 0.1210 -19 e=(1.70 ± 0.12)10 -19 C 相對(duì)偏差：S 相 =（ （1.70-1.69）10 -19、 /1.6910 -19 ）100%=0.59% 【試驗(yàn)結(jié)果分析】 一、試驗(yàn)結(jié)果 1、本試驗(yàn)中通過(guò)對(duì)帶電油滴在重力場(chǎng)和靜電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的測(cè)量：第一個(gè)油滴的電荷量是 e 的 3 倍；其次個(gè)油滴的電荷量是 e 的 3 倍；第三個(gè)油滴的電荷量是 e 的 4 倍。由此可知，油滴的電荷量是量子化的，即是不連續(xù)變化的。 2、本試驗(yàn)測(cè)得電子電量為 e=(1.70 ± 0.12)10 -19 C ；e 的不確定度為 0.12，其反映了此次試驗(yàn)的

12、重復(fù)性較好。此外，其相對(duì)偏差為 0.59%，它反映了測(cè)量值與理論值較為接近，驗(yàn)證了試驗(yàn)結(jié)果的精確性較好。 二、誤差分析 1、 理論誤差 由于油的密度、空氣的粘滯系數(shù)都是溫度的函數(shù), 重力加速度 g 和大氣壓強(qiáng) p 又隨試驗(yàn)地點(diǎn)和試驗(yàn)條件的變化而變化,但是一般條件下,計(jì)算的誤差只有百分之一左右。 2 、儀器誤差 試驗(yàn)儀器本身帶來(lái)的誤差：按下計(jì)時(shí)器時(shí)，油滴瞬時(shí)的加速，計(jì)時(shí)器的誤差，油滴下落過(guò)程中可能碰撞到其他的油滴造成質(zhì)量的變化。 3、測(cè)量誤差 a、在試驗(yàn)儀器相同的狀況下, 測(cè)量誤差除了由系統(tǒng)誤差引起的部分, 主要就是由測(cè)量人員的主觀素養(yǎng)引起的偶然誤差形成的。例如:電荷未達(dá)到平衡就開(kāi)頭計(jì)時(shí)；電荷在

13、多次測(cè)量中于其他電子發(fā)生碰撞；油滴下落時(shí)沒(méi)有沿直線勻速下落； b、選擇合適的油滴很重要,油滴的體積太大,大的油滴雖然簡(jiǎn)單觀看,但質(zhì)量大,必需帶許多電荷才能取得平衡,而且下落時(shí)間短,結(jié)果不易測(cè)準(zhǔn)。油滴的體積過(guò)小,簡(jiǎn)單產(chǎn)生漂移,也會(huì)增大測(cè)量誤差。選擇那些質(zhì)量適中而帶電量不太多的油滴才是可取的, 可依據(jù)平衡電壓的大小(約 200V) 和油滴勻速下降的時(shí)間(約 1535s) 來(lái)推斷油滴的大小和帶電量的多少。 3、削減誤差的方法：多次測(cè)量取平均值 三、留意： 1、測(cè)準(zhǔn)油滴上升或下降某段距離所需的時(shí)間，要統(tǒng)一油滴到達(dá)刻度線什么位置才認(rèn)為油滴已踏線； 2、眼睛要平視刻度線，不要有夾角。反復(fù)幾次，使測(cè)出的各次時(shí)間的離散性較??； 3