密里根油滴儀實(shí)驗(yàn)

1、密里根油滴儀實(shí)驗(yàn)報(bào)告密里根油滴儀實(shí)驗(yàn)姓 名 學(xué) 號(hào) 班 級(jí) 評(píng) 分桌 號(hào) 教 室 基礎(chǔ)樓1401 實(shí)驗(yàn)日期 20 年 月 日 時(shí)段 指導(dǎo)教師： 一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、驗(yàn)證電荷的不連續(xù)性及測量基本電荷電量。2、學(xué)習(xí)使用作圖法證明電荷滿足：二實(shí)驗(yàn)儀器：MOD-9G密立根油滴儀由主機(jī)、CCD成像系統(tǒng)、油滴盒、監(jiān)視器等組成。其中：主機(jī)包括可控高壓電源、計(jì)時(shí)裝置、A/D采樣、視頻處理等單元模塊。CCD成像系統(tǒng)包括CCD傳感器、光學(xué)成像等部件，用來捕捉暗室中油滴的像，同時(shí)將圖像信息傳給主機(jī)的視頻處理模塊。實(shí)驗(yàn)過程中可以通過調(diào)焦旋鈕來改變物距，使油滴的像清晰的呈現(xiàn)在CCD傳感器的窗口內(nèi)。油滴盒包括高壓電極、照明裝

2、置、防風(fēng)罩等部件，結(jié)構(gòu)見下圖-1。油滴盒上電極板中心有一個(gè)0.4mm的油霧落入孔，在膠木圓環(huán)上開有顯微鏡觀察孔和照明孔。在油滴盒外套有防風(fēng)罩，罩上放置一個(gè)可取下的油霧杯，杯底中心有一個(gè)落油孔及一個(gè)檔片，用來開關(guān)落油孔。監(jiān)視器是視頻信號(hào)輸出設(shè)備（電子顯示屏），其中測量顯示電路產(chǎn)生的電子分劃板刻度，與CCD攝像頭的行掃描嚴(yán)格同步。 圖2實(shí)驗(yàn)儀器面板結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。面板各按鍵名稱及使用方法：1 電源開關(guān)按鈕：按下按鈕，電源接通，整機(jī)工作2 功能控制開關(guān)：有平衡、升降、測量三檔（分別配有指示燈顯示相應(yīng)狀態(tài)）。 (1) 當(dāng)處于中間位置即“平衡”按鈕時(shí)，可用平衡電壓調(diào)節(jié)旋鈕3來調(diào)節(jié)平衡電壓，使被測量油滴

3、處于平衡狀態(tài)； (2) 按下“提升”按鈕時(shí)，上下電極在平衡電壓的基礎(chǔ)上自動(dòng)增加DC200V300V的提升電壓； (3) 按下“下降”按鈕時(shí)，極板間電壓為0V，被測量油滴處于被測量階段而勻速下落，并同時(shí)按下計(jì)時(shí)/暫停按鈕開始計(jì)時(shí)；油滴下落到預(yù)定距離時(shí)，迅速按下計(jì)時(shí)/暫停按鈕，同時(shí)停止計(jì)時(shí)； 3 平衡電壓調(diào)節(jié)旋鈕：可調(diào)節(jié)極板間的電壓。4 計(jì)時(shí)/暫停按鈕，開啟計(jì)時(shí)器和停止計(jì)時(shí)器按鍵；5 視頻輸出插座：CCD攝像頭用，輸出至監(jiān)視器6 照明燈室： 7 水泡：調(diào)節(jié)儀器水平 8 上、下電極： 9 秒表復(fù)位鍵： 按一下該鍵，清除內(nèi)存，秒表顯示“O0.O”秒；10 “確認(rèn)”按鈕，此按鈕分為兩個(gè)功能：a、開啟儀器

4、時(shí)儀器進(jìn)入?yún)?shù)顯示界面，此時(shí)按下按鍵，儀器進(jìn)入分劃板界面；b、儀器進(jìn)入分劃板界面之后，此時(shí)儀器處在測量狀態(tài)，此時(shí)按下一次“確認(rèn)”按鍵，記錄一次測量數(shù)據(jù)，記錄的平衡電壓即屏幕中顯示的提示保存電壓，時(shí)間為屏幕中顯示的下落時(shí)間，當(dāng)記錄5次數(shù)據(jù)之后，儀器自動(dòng)計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并在屏幕上顯示出來，可以提供參考是否合格，此時(shí)再次按下“確認(rèn)”按鍵，儀器再次進(jìn)入測量界面，可以重復(fù)以上操作；11顯微鏡：放大暗室油滴圖像；12CCD攝像頭，采集暗盒圖像并顯示在監(jiān)視器上。幾個(gè)重要按鍵及參數(shù)：提升、平衡、下降按鍵可以控制油滴上升、平衡或下降；計(jì)時(shí)/暫停按鈕，用于開啟計(jì)和停止計(jì)時(shí)器按鍵；確認(rèn)按鍵可以將測量數(shù)據(jù)直接顯示在電子

5、屏幕上，最多可記錄5組數(shù)據(jù)，循環(huán)刷新，往復(fù)不斷。復(fù)位鍵用于清除秒表內(nèi)存，顯示“0.00”秒；平衡電壓調(diào)節(jié)旋鈕用于調(diào)控極板之間的電壓大小，控制油滴的平衡、下落及上升。 平均相對誤差：3% 平行極板間距離：5.00mm 0.01mm極板電壓：DC0900V可調(diào) 提升電壓：DC 200V300V數(shù)字電壓表：0999V1V 數(shù)字秒表：O99.9秒光學(xué)鏡頭：放大倍數(shù)60X 電子分劃板刻度：重直線視場2，分10格，每格實(shí)際值0.2 mm圖-3 油滴受力圖一三、實(shí)驗(yàn)原理一個(gè)質(zhì)量為m，帶電量為q的油滴，在兩塊加有電壓U的平行極板之間會(huì)受到電場力、重力的作用（如圖3、4），若調(diào)節(jié)極板間電壓U，使二力平衡，此時(shí)

6、mg=qE=qU/d (1)顯然，只要設(shè)法測出油滴的質(zhì)量m即可測出油滴的帶電量q。密立根將油滴視為半徑為r的小圓球，利用斯托克斯定律求出m值，由此便得到了求解油滴的帶電量q。即： 或者（2）上式即為靜態(tài)法測油滴電荷的公式。式中圖-4 油滴受力圖二油的密度 （20） 重力加速度（石家莊）空氣粘滯系數(shù) 平行極板間距離油滴勻速下降距離 （n為格線數(shù)）修正常數(shù) 大氣壓強(qiáng)式中的時(shí)間 tg 應(yīng)為測量數(shù)次時(shí)間的平均值。四、實(shí)驗(yàn)方法、操作步驟、儀器聯(lián)接將ZKY-MLG密立根油滴儀面板后面帶有Q9插頭的電纜線接至監(jiān)視器后背下部的插座上，注意，一定要插緊，保證接觸良好，否則圖像紊亂或只有一些長條紋。2、儀器調(diào)整水

7、平調(diào)整調(diào)整實(shí)驗(yàn)儀底部的旋鈕，通過水準(zhǔn)儀將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)調(diào)平，使平衡電場方向與重力方向平行以免引起實(shí)驗(yàn)誤差。極板平面是否水平?jīng)Q定了油滴在下落或提升過程中是否發(fā)生前后、左右的漂移。噴霧器調(diào)節(jié)噴霧器利用的是虹吸原理。使用時(shí)請注意：用滴管從油瓶里吸取油，由灌油處滴入噴霧器里，所灌得油千萬不可高于噴霧器里面的出氣管，否則會(huì)造成出氣管阻塞無法噴霧。油的液面2-5 mm高已足夠，將噴霧器豎起，再擠壓氣囊。CCD成像系統(tǒng)調(diào)整將儀器連接好后，打開顯示器和油滴儀電源開關(guān)，從噴霧口噴入油滴，此時(shí)監(jiān)視器上應(yīng)該出現(xiàn)大量油滴，宛如漫天的繁星。若沒有看到油滴的像或油滴像不清晰，檢查噴霧器是否有油噴出或落油孔是否阻塞，調(diào)整成像旋鈕

8、使其前后移動(dòng)直至在監(jiān)視器上看到清晰的油滴像。監(jiān)視器調(diào)整監(jiān)視器面板前有個(gè)調(diào)節(jié)旋鈕。分別是:水平、垂直、亮度、對比度。對比度一般置于較大（順時(shí)針旋到底或稍退回一些），亮度不要太亮。如發(fā)現(xiàn)刻度線上下抖動(dòng)，這是“幀抖”，微調(diào)左邊起第二只旋鈕即可解決。3、測量練習(xí)練習(xí)是順利做好本實(shí)驗(yàn)的重要一環(huán)，包括練習(xí)控制油滴運(yùn)動(dòng)，練習(xí)測量油滴運(yùn)動(dòng)時(shí)間和練習(xí)選擇合適的油滴。 選擇油滴選擇一顆合適的油滴十分重要。大而亮的油滴雖然比較容易捕捉，但質(zhì)量大，必然所帶電荷也多，造成勻速下降或提升時(shí)間很短，增大了測量誤差和給數(shù)據(jù)處理帶來困難。太小的油滴受布朗運(yùn)動(dòng)的影響明顯，測量時(shí)漲落較大，也不易測量。通常選擇平衡電壓為150350

9、 ，勻速下落1.2 mm（屏幕上0-6線間的距離）的時(shí)間在8-20 s左右的油滴較適宜。選擇方法：將儀器置于平衡狀態(tài)，平衡電壓調(diào)節(jié)至200 V左右。噴入油滴后，注意觀察幾顆緩慢運(yùn)動(dòng)、較為清晰明亮的、且體積適中的油滴。 平衡電壓的確定 判斷油滴是否平衡要有足夠的耐性。當(dāng)將油滴移至某條刻度線上，仔細(xì)調(diào)節(jié)平衡電壓，這樣反復(fù)操作幾次，經(jīng)一段時(shí)間觀察油滴確實(shí)不再移動(dòng)才認(rèn)為是平衡了。 控制油滴的運(yùn)動(dòng)將油滴提升至屏幕0線以上，保持平衡。然后按下下降按鍵，該按鍵的綠色指示燈亮，此時(shí)上下極板同時(shí)接地，平衡電壓將為0 V，電場力為零，油滴自由下落，油滴將在重力、浮力及空氣阻力的作用下作下落運(yùn)動(dòng)。到達(dá)起始位置（屏幕

10、上0線）時(shí)按“計(jì)時(shí)/暫?！卑存I開始計(jì)時(shí)，待油滴下落至預(yù)定格線（屏幕上6線）時(shí)，再按“計(jì)時(shí)/暫?！卑存I，計(jì)時(shí)器暫停，油滴將停止下落，等待3秒使數(shù)據(jù)穩(wěn)定，然后通過確認(rèn)鍵將此次測量數(shù)據(jù)記錄到屏幕上。復(fù)位按鍵用于消除計(jì)時(shí)器中存儲(chǔ)的時(shí)間，壞的數(shù)據(jù)可以該鍵清除，每次測量前必須復(fù)位。將工作狀態(tài)按鍵切換至平衡按鍵，此時(shí)儀器根據(jù)平衡、提升按鍵的不同分兩種情況：若置于平衡狀態(tài)，則可以通過平衡電壓調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)整平衡電壓；若置于提升狀態(tài)，則極板電壓將在原平衡電壓的基礎(chǔ)上再增加200-300V的電壓，用來向上提升油滴。 測量下落時(shí)間測準(zhǔn)油滴上升或下降某段距離所需的時(shí)間，一是要統(tǒng)一油滴到達(dá)刻度線什么位置才認(rèn)為油滴已踏線，二

11、是眼睛要平視刻度線，不要有夾角。反復(fù)練習(xí)幾次，使測出的各次時(shí)間的離散性較小。4、正式測量我們實(shí)驗(yàn)采取平衡測量法： 開啟電源，將切換至平衡按鍵，用平衡電壓調(diào)節(jié)預(yù)加150350 電壓。向噴霧杯中噴入油霧，此時(shí)監(jiān)視器上會(huì)出現(xiàn)大量油滴，宛如漫天的繁星一樣，選擇適當(dāng)油滴，仔細(xì)調(diào)節(jié)平衡電壓，保證其在觀察的一段時(shí)間內(nèi)始終平衡在0線以上。 切換至下降按鍵，此時(shí)油滴開始下落，記錄油滴在規(guī)定距離（屏幕上0線至6線）的下落時(shí)間。 將平衡、提升按鍵置于平衡，將油滴再次提升至起始格0線以上，并微調(diào)平衡電壓，保證油滴的平衡。重復(fù)以上步驟測5次。選擇58顆油滴，求得電子電荷的平均值e。* 選做項(xiàng)目：用動(dòng)態(tài)法測電荷e值。五、

12、注意事項(xiàng) 開機(jī)后屏幕上的字很亂或字重疊，先關(guān)掉油滴儀的電源，過一會(huì)兒再開機(jī)即可。 噴油時(shí)噴霧器的噴頭不要深入噴油孔內(nèi)，防止大顆粒油滴堵塞落油孔；噴霧器不用時(shí)請將噴霧器立置，放在一次性杯子里，否則油會(huì)泄漏至實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。 由于油滴在實(shí)驗(yàn)過程中處于揮發(fā)狀態(tài)，在對同一油滴進(jìn)行多次測量時(shí)，每次測量前都需要重新調(diào)整平衡電壓，以免引起較大的實(shí)驗(yàn)誤差。儀器考慮到動(dòng)態(tài)測量法需要記錄提升電壓的值，因此提升動(dòng)作完成后，務(wù)必按一下確認(rèn)鍵或者切換至0V一次，重新激活A(yù)/D采樣，否則提升電壓將會(huì)鎖定在屏幕上保持不變。復(fù)位按鍵用于消除計(jì)時(shí)器中存儲(chǔ)的時(shí)間，壞的數(shù)據(jù)可以該鍵清除，每次測量前必須復(fù)位。七、數(shù)據(jù)處理1、自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格（表格中應(yīng)包括：5-8個(gè)油滴