密立根油滴實(shí)驗報告.docx

1、近代物理實(shí)驗報告密立根油滴實(shí)驗學(xué)院數(shù)理與信息工程學(xué)院班級物理姓名學(xué)號時間2013年12月9日密立根油滴實(shí)驗【摘要】本實(shí)驗我們根據(jù)密立根油滴實(shí)驗原理，引進(jìn)了CCD攝像技術(shù)，從監(jiān)視器上觀察油滴運(yùn)動，測定了油滴帶電量q ，并運(yùn)用差值法處理了相應(yīng)數(shù)據(jù)，得出了元電荷 e 的值， 驗證了電荷的量子性， 同時也了解了密立根巧妙的設(shè)計思想， 進(jìn)一 步提高了實(shí)驗技能?！?關(guān)鍵詞 】 油滴；平衡態(tài)；非平衡態(tài)；電荷大小【引言】1917 年密立根設(shè)計并完成了密立根油滴實(shí)驗，其重要意義在于它直接地顯示出了電量的量子化，并最早測定了電量的最小單位基本電荷電量 e ，即電子所帶電量。 這一成就大大促進(jìn)了人們對電和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的

2、研究和認(rèn)識。 油滴實(shí)驗中將微觀量測量轉(zhuǎn)化為宏觀量測量的巧妙設(shè)想和精確構(gòu)思， 以及用比較簡單的儀器， 測得比較精確而穩(wěn)定的結(jié)果等都是富有創(chuàng)造性的。 由于上述工作， 密立根獲得了 1923 年度諾貝爾物理學(xué)獎。密立根的實(shí)驗裝置隨著技術(shù)的進(jìn)步而得到了不斷的改進(jìn)，但其實(shí)驗原理至今仍在當(dāng)代物理科學(xué)研究的前沿發(fā)揮著作用，例如，科學(xué)界用類似的方法測定出基本粒子夸克的電量?！緦?shí)驗方案】一、實(shí)驗原理1、靜態(tài)（平衡）測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，一般都是帶電的。 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 1 所示。如果調(diào)節(jié)兩極板間的

3、電壓 V ,可使兩力達(dá)到平衡，這時：L V mg =qE =qd為了測出油滴所帶的電量q,除了需測定平衡電壓 V和極板間距離d外, 還需要測量油滴的質(zhì)量 m0因m很小，需用如下特殊方法測定：平行極板不加 電壓時，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vg后，阻力。與重力mg平衡，如圖2所示（空氣浮力忽略不計） 油滴將勻速下降。此時有:fr = 6 二a vg = mg其中“是空氣的粘滯系數(shù)，是a油滴的半徑。經(jīng)過變換及修正，可得斯托克斯定律:fr =6二a Vq g1 M pa其中b是修正常數(shù)，b=6.17X 10-6m cmHg,p為大氣壓強(qiáng)，單位為厘米汞高至

4、于油滴勻速下降的速度Vg ,可用下法測出：當(dāng)兩極板間的電壓 V為零時,設(shè)油滴勻速下降的距離為l ,時間為t ,則vg最后得到理論公式:(5)18二q =2 7g2、動態(tài)（非平衡）測量法非平衡測量法則是在平行極板上加以適當(dāng)?shù)碾妷篤，但并不調(diào)節(jié)V使靜電力和重力達(dá)到平衡，而是使油滴受靜電力作用加速上升。由于空氣阻力的作用, 上升一段距離達(dá)到某一速度U后，空氣阻力、重力與靜電力達(dá)到平衡（空氣浮力忽略不計），油滴將勻速上升，如圖 3所示。這時：圖3當(dāng)去掉平行極板上所加的電壓 V后，油滴受重力作用而加速下降。當(dāng)空氣阻力和重力平衡時，油滴將以勻速u下降，這時：6nli vg=mg 化簡，并把平衡法中油滴的質(zhì)

5、量代入，得理論公式:18二q Fpa1(8)二、實(shí)驗儀器根據(jù)實(shí)驗原理，實(shí)驗儀器 密立根油滴儀，應(yīng)包括水平 放置的平行極板（油滴盒），調(diào)平 裝置，照明裝置，顯微鏡，電源， 計時器（數(shù)字毫秒計），改變油滴 帶電量從q變到q'的裝置，實(shí) 驗油，噴霧器等。MOD 5型密 立根油滴儀的基本外形和具體結(jié) 構(gòu)示于圖4三、實(shí)驗步驟1 .調(diào)整儀器將儀器放平穩(wěn)，調(diào)節(jié)儀器底部左右兩只調(diào)平螺絲， 使水準(zhǔn)泡指示水平，這時 平行極板處于水平位置。預(yù)熱 10分鐘，利用預(yù)熱時間從測量顯微鏡中觀察，如 果分劃板位置不正，則轉(zhuǎn)動目鏡頭，將分劃板放正，目鏡頭要插到底。調(diào)節(jié)接目 鏡，使分劃板刻線清晰。將油從油霧室旁的噴霧口噴

6、入（噴一次即可），微調(diào)測量顯微鏡的調(diào)焦手輪， 這時視場中即出現(xiàn)大量清晰的油滴，如夜空繁星。對MOD5c型與CCD 一體化的屏顯油滴儀，則從監(jiān)視器熒光屏上觀察油 滴的運(yùn)動。如油滴斜向運(yùn)動，則可轉(zhuǎn)動顯微鏡上的圓形CCR使油滴垂直方向運(yùn)動。2 .練習(xí)測量（ 1） 練習(xí)控制油滴如果用平衡法實(shí)驗噴入油滴后， 加工作 （平衡） 電壓 250 伏特左右，工作電壓選擇開關(guān)置“平衡”檔，驅(qū)走不需要的油滴，直到剩下幾顆緩慢運(yùn)動的為止。 注視其中的某一顆， 仔細(xì)調(diào)節(jié)平衡電壓， 使這顆油滴靜止不動。然后去掉平衡電壓，讓它自由下降，下降一段距離后再加上“提升”電壓，使油 滴上升。如此反復(fù)多次地進(jìn)行練習(xí)。（ 2）練習(xí)測量

7、油滴運(yùn)動的時間任意選擇幾顆運(yùn)動速度快慢不同的油滴，用計時器測出它們下降一段距離所需要的時間。 或者加上一定的電壓， 測出它們上 升一段距離所需要的時間。如此反復(fù)多練幾次。（ 3）練習(xí)選擇油滴選的油滴體積不能太大，太大的油滴雖然比較亮，但一般帶的電量比較多， 下降速度也比較快， 時間不容易測準(zhǔn)確。 若油滴太小則布朗運(yùn)動明顯。通?？梢赃x擇平衡電壓在200 到 300 伏特間，在8-30s 左右時間內(nèi)勻速下降 1.5mm 的油滴，其大小和帶電量都比較合適。（ 4）練習(xí)改變油滴的帶電量對 MOD5B、5BC 5BCC型密立根油滴儀， 可以改變油滴的帶電量。按下汞燈按鈕，低壓汞燈亮，約 5s,油滴的運(yùn)動

8、速度 發(fā)生改變，這時油滴的帶電量已經(jīng)改變了。3.正式測量（ 1）靜態(tài)（平衡）測量法用平衡測量法時要測量的有兩個量， 一個是平衡電壓V， 另一個是油滴勻速下降一段距離所需要的時間tg。仔細(xì)調(diào)節(jié)“平衡電壓”旋鈕，使油滴置于分劃板上某條橫線附近，以便準(zhǔn)確判斷出這顆油滴是否平衡了。當(dāng)油滴處于平衡位置，選定測量的一段距離（取l=1.5mm ） ，然后把開關(guān)撥向“下降” ，使油滴自由下落。測量油滴勻速下降經(jīng)過選定測量距離所需要的時間 te， 為了在按動計時器時 有思想準(zhǔn)備，應(yīng)先讓它下降一段距離后再測量時間。測量完一次后，應(yīng)把開關(guān)撥向“平衡” ，做好記錄后，再撥向“提升” ，加大 電場使油滴回到原來高度，為

9、下次測量做好準(zhǔn)備。對同一顆油滴應(yīng)進(jìn)行6 次測量， 而且每次測量都要重新調(diào)整平衡電壓。 用同樣的的方法對5 顆油滴進(jìn)行測量。2）動態(tài)（非平衡）測量法用動態(tài)測量法實(shí)驗時要測量的量有三個：上升電壓、油滴勻速下降和上升一 段距離所需的時間tg、te。選定測量的一段距離（取l=1.5mm）,應(yīng)該在平衡極板之間的中央部分，然 后把開關(guān)撥向“下降”，使油滴自由下落。測量油滴勻速下降經(jīng)過選定測量距離所需要的時間 tg,為了在按動計時器時 有思想準(zhǔn)備，應(yīng)先讓它下降一段距離后再測量時間。測算tg把開關(guān)撥向“平衡”，做好記錄后，再撥向“提升”，使油滴勻速上 升經(jīng)過原選定的測量距離，測出所需時間te。同樣也應(yīng)先讓它上

10、升一段距離后再測量時間。（提升時間最好為1.5mm的時間為10s）一共測量3組?！窘Y(jié)果與討論】實(shí)驗數(shù)據(jù)：（1）靜態(tài)（平衡）測量法油滴1電壓V運(yùn)動時間Tg電荷量e*10A19帶電荷數(shù)n元電荷e*10A1930417.9617.07111.55230618.3816.13101.61331718.8816.83111.5331017.8715.91101.61930719.0116.09101.609平均元電荷1.586油滴2電壓V運(yùn)動時間Tg電荷量e*10A19帶電荷數(shù)n元電荷e*10A1931828.759.84761.64131228.110.28661.71431628.0610.1656

11、1.694311299.97361.66231428.939.90661.651平均元電荷1.675油滴3電壓V運(yùn)動時間Tg電荷量e*10A19帶電荷數(shù)n元電荷e*10A1919726.417.429111.58419825.9717.649111.60419526.4817.549111.59519225.318.725111.70219525.9817.915111.629平均元電荷1.614油滴4電壓V運(yùn)動時間Tg電荷量e*10A19帶電荷數(shù)n元電荷e*10A1922621.8518.530121.54422522.4718.153111.65022923.3917.081111.553

12、22823.2618.095121.64522222.118.727111.561平均元電荷1.600油滴5電壓V運(yùn)動時間Tg電荷量e*10A19帶電荷數(shù)n元電荷e*10A1923620.5719.024131.58523820.5918.849121.57123821.6417.946111.63123720.4819.033121.58623720.818.724121.560平均元電荷1.584平衡法測量最終平均元電荷為 e=1.6118*10A-19C(2)動態(tài)(非平衡)測量法油滴1''運(yùn)動時間電壓VT1T4電荷量e*10A19帶電荷數(shù)n元電荷e*10A1940021.

13、315.046.40441.60140021.9614.877.23951.44840022.5214.246.55541.63940021.7914.816.55941.64040021.3814.066.81341.703平均元電荷1.616油滴2運(yùn)動時間X電壓V、T1T4電荷量e*10A19帶電荷數(shù)n元電荷e*10A1940019.0412.394.90331.63440018.611.84.79031.59740018.812.24.80031.60040018.4111.534.83931.61340017.9412.115.08431.695平均元電荷1.623油滴3運(yùn)動時間XT電

14、壓V、T1T4電荷量e*10A19帶電荷數(shù)n元電荷e*10A1940020.0210.256.13841.53540018.1810.26.46841.61740020.2210.36.28641.57240020.0810.326.59241.64840019.4910.156.35541.589平均元電荷1.598非平衡法測量最終平均元電荷為 e=1.612*10A-19C【結(jié)論與展望】本實(shí)驗利用電壓、運(yùn)動時間等這些可以直接測量和控制的宏觀物理量來實(shí)現(xiàn)對微 觀物理量電子電量的測量。把宏觀的電量通過油滴這個在宏觀微小但在微觀又較 大的媒介與微觀的電子電量聯(lián)系起來。但是本次實(shí)驗運(yùn)用的是倒過來的

15、驗證法， 誤差較大。當(dāng)然也可以利用油滴所帶電量的可對比性，求出其公約數(shù)，從而得到電子電量的值效果更佳，同時也證明了電子電荷量的不連續(xù)性。 且電壓、運(yùn)動時間測量相對簡單，誤差也較小【參考文獻(xiàn)】2011近代物理實(shí)驗講義M 浙江師范大學(xué)數(shù)理信息學(xué)院近代物理實(shí)驗室，XXX項目可行性研究報告報告日期 XXX痔XXXXB XXX刈第一節(jié)項目概況一、項目背景二、投資方簡介三、目標(biāo)公司簡介第二節(jié)擬投資行業(yè)及市場概況第三節(jié) 項目實(shí)施的必要性與可行性一、項目實(shí)施的必要性二、目標(biāo)公司市場分析三、項目實(shí)施的可行性第四節(jié)項目內(nèi)容及實(shí)施方案第五節(jié)項目效益分析一、經(jīng)營收入估算二、經(jīng)營總成本估算三、經(jīng)營利潤與財務(wù)評價第六節(jié)

16、項目風(fēng)險分析及對策一、市場風(fēng)險及對策二、技術(shù)風(fēng)險及對策三、財務(wù)風(fēng)險及對策第七節(jié)投資方案一、收購定價二、預(yù)計投資總額三、資金來源與支付四、 后續(xù)發(fā)展方案第六節(jié) 報告結(jié)論第一節(jié) 項目概況一、項目背景說明項目提出的背景、投資理由、擬投資國家的投資環(huán)境、在可行性研究前已經(jīng)進(jìn)行的工作情況及其成果、 重要問題的決策和決策過程等情況。二、投資方簡介1、投資方基本情況及經(jīng)營情況包括目標(biāo)公司基本工商注冊信息、產(chǎn)業(yè)布局、主要產(chǎn)品及用途、員工情況、股權(quán)結(jié)構(gòu)及控股方信息、行業(yè)地位、歷史沿革等。2、投資方實(shí)力和優(yōu)勢分析三、目標(biāo)公司簡介1、基本信息包括目標(biāo)公司基本工商注冊信息、產(chǎn)業(yè)布局、主要產(chǎn)品及用途、員工情況、股權(quán)結(jié)構(gòu)

17、及控股方信息、行業(yè)地位、歷史沿革等。2、經(jīng)營情況（ 1）經(jīng)營情況公司的產(chǎn)品在市場上進(jìn)行銷售、 服務(wù)的發(fā)展現(xiàn)狀， 包括歷年產(chǎn)量、銷售收入等。（ 2）資產(chǎn)負(fù)債情況公司主要財務(wù)指標(biāo)，要求能夠反映公司盈利能力、經(jīng)營能力、償債能力等。第二節(jié) 擬投資行業(yè)及市場概況1、國內(nèi)相關(guān)行業(yè)及市場概況2、國際相關(guān)行業(yè)及市場概況第三節(jié) 項目實(shí)施的必要性與可行性一、項目實(shí)施的必要性主要圍繞公司戰(zhàn)略目標(biāo)， 根據(jù)公司產(chǎn)業(yè)資源協(xié)同發(fā)展的需要以及產(chǎn)品規(guī)劃， 結(jié)合產(chǎn)業(yè)政策等有關(guān)因素的支持與制約， 論證項目投資的必要性。二、目標(biāo)公司市場分析運(yùn)用統(tǒng)計分析原理， 分析目標(biāo)公司產(chǎn)品銷售變化及市場發(fā)展趨勢。1、市場規(guī)模研究目標(biāo)公司產(chǎn)品及行業(yè)

18、的整體規(guī)模， 具體包括目標(biāo)公司產(chǎn)品及行業(yè)在指定時間的產(chǎn)量、銷售收入等。2、行業(yè)分析主要包括行業(yè)內(nèi)主要品牌市場占有率、行業(yè)總銷售量年增長率、行業(yè)發(fā)展方向、市場發(fā)展方向等。3、競爭格局包括主要競爭企業(yè)基本資料、 主要品牌經(jīng)營策略、 競爭品牌近三年發(fā)展情況、行業(yè)競爭態(tài)勢未來發(fā)展預(yù)測等。三、項目實(shí)施的可行性主要表現(xiàn)在以下方面：技術(shù)可行性。 主要分析目標(biāo)企業(yè)產(chǎn)品技術(shù)現(xiàn)狀與規(guī)劃是否符合公司戰(zhàn)略，技術(shù)部門對目標(biāo)公司實(shí)施的技術(shù)在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行比選和評價，合理評估其技術(shù)先進(jìn)性。經(jīng)濟(jì)可行性。 主要從企業(yè)理財?shù)慕嵌冗M(jìn)行資本預(yù)算， 評價項目的財務(wù)盈利能力，預(yù)測項目投資回收期、凈現(xiàn)值等財務(wù)指標(biāo)。社會影響。 主要從資源配置的角度衡量項目的價值， 評價項目在符合區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)、有效配置經(jīng)濟(jì)資源、增加供應(yīng)、創(chuàng)造就業(yè)、改善環(huán)境等方面的效益。風(fēng)險因素及