密立根油滴實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課件

密立根油滴實(shí)驗(yàn)1907-1913年密立根用在電場和重力場中運(yùn)動的帶電油滴進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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，該最小電荷值就是電子電荷。

密立根油滴實(shí)驗(yàn)1密立根油滴實(shí)驗(yàn)獲得兩項(xiàng)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。密立根油滴實(shí)驗(yàn)獲得兩項(xiàng)重大的成果：2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)學(xué)習(xí)密立根油滴實(shí)驗(yàn)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(yàn)證電荷的不連續(xù)性。(2)通過對帶電油滴在重力場和靜電場中運(yùn)動的測量，驗(yàn)證電荷的不連續(xù)性，并測定基本電荷值。(3)通過對實(shí)驗(yàn)儀器的調(diào)整，油滴的選擇、跟蹤和測量，以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)態(tài)度。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?2.實(shí)驗(yàn)儀器密立根油滴儀油霧室平衡水泡CCD物鏡極板電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)計時鍵平衡電壓調(diào)節(jié)ccd提升、平衡、下降轉(zhuǎn)換開關(guān)聯(lián)動鍵2.實(shí)驗(yàn)儀器密立根油滴儀油霧室平衡水泡CCD物鏡極板電壓轉(zhuǎn)4噴霧器物鏡平動旋鈕正負(fù)極板噴霧器物鏡平動旋鈕正負(fù)極板5顯示器開關(guān)對比度調(diào)節(jié)亮度調(diào)節(jié)垂直顯示調(diào)節(jié)水平顯示調(diào)節(jié)計時顯示電壓顯示顯示器開關(guān)對比度調(diào)節(jié)亮度調(diào)節(jié)垂直顯示調(diào)節(jié)水平顯示調(diào)節(jié)計時顯示6密立根油滴實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課件7

實(shí)驗(yàn)原理

通過帶電油滴在電場和重力場中受力和運(yùn)動情況，測定基本電荷的電量。實(shí)驗(yàn)原理通過帶電油滴在電場和重力場中受8實(shí)驗(yàn)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(yùn)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(dá)到平衡，即

實(shí)驗(yàn)原理設(shè)質(zhì)量為m帶電量為q的油滴在兩平行9電場存在受力圖電場存在受力圖10實(shí)驗(yàn)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(dǎo)測量m的公式。實(shí)驗(yàn)原理要測定油滴所帶的電量q，除了要測11實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)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(黏滯阻力)作用，根據(jù)斯托克斯定律，黏滯阻力為實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)兩平行極板間不加電壓時（即電場12實(shí)驗(yàn)原理

a為油滴的半徑,η為空氣的黏滯系數(shù)，ν為油滴運(yùn)動的速度。油滴下降一段距離達(dá)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.實(shí)驗(yàn)原理13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frmg

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frmg14密立根油滴實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課件15實(shí)驗(yàn)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(rèn)為是連續(xù)介質(zhì)，空氣的黏滯系數(shù)應(yīng)做如下修正實(shí)驗(yàn)原理考慮到油滴半徑小到10-6米時，其16b為修正常數(shù)，b=8.22×10-3m·Pa，p為大氣壓強(qiáng)（單位是Pa），a為未修正過的油滴半徑。則修正后油滴半徑用為

b為修正常數(shù)，b=8.22×10-3m·Pa，p為大氣壓17對于勻速運(yùn)動的油滴，其下降的距離、所需時間和速度之間的關(guān)系為對于勻速運(yùn)動的油滴，其下降的距離、所需時間和速度之間的關(guān)系為18實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理19數(shù)據(jù)記錄及處理

(1)數(shù)據(jù)處理方法：已知：油的密度ρ=981kg/m3重力加速度g=9.797m/s2空氣的粘滯系數(shù)η=1.83×10-5kg/m·s油滴下降距離l=2.00×10-3m常數(shù)b=8.22×10-3m·Pa大氣壓P=1.013×105Pa平行極板距離d=5.00×10-3m數(shù)據(jù)記錄及處理20將以上數(shù)據(jù)代入上式得

將以上數(shù)據(jù)代入上式得21(2)數(shù)據(jù)表格(2)數(shù)據(jù)表格22實(shí)驗(yàn)步驟-調(diào)整儀器(1)調(diào)整儀器底部的調(diào)平螺絲，使水準(zhǔn)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。實(shí)驗(yàn)步驟-調(diào)整儀器23密立根油滴實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課件24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(yùn)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80~300V之間仔細(xì)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“0V”，觀察到該油滴能夠上、下自如運(yùn)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。選擇合適的油滴25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(dāng)油滴向下運(yùn)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(yùn)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8~30s的油滴.選擇合適的油滴(3)將K2置于“0V”檔，油滴下移，同時計26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(zhǔn)確判斷出這顆油滴是否達(dá)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(rèn)為油滴在平衡狀態(tài)，此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(diǎn)”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。

正式測量(1)將油滴懸于分化板上某條橫線附近(最好選擇27正式測量(3)對于同一顆油滴，必須重復(fù)測量5次。(4)另選4顆不同的油滴，用同樣的方法進(jìn)行測量。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(yùn)動到下極板而觀察不到，進(jìn)而無法測量5次。

正式測量(3)對于同一顆油滴，必須重復(fù)測量5次。28實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)前必須調(diào)節(jié)水準(zhǔn)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)打開實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)前必須調(diào)節(jié)水準(zhǔn)泡；29實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(4)噴油時功能鍵K2應(yīng)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(yīng)豎拿,食指賭住氣孔,對準(zhǔn)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(yīng)豎立放置。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(4)噴油時功能鍵K2應(yīng)置于“平衡”處，調(diào)30實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(7)噴油后應(yīng)將風(fēng)口蓋住，以防止空氣流動對油滴的影響。(8)注意跟蹤油滴，隨時調(diào)節(jié)顯微鏡鏡筒，不斷校準(zhǔn)平衡電壓,發(fā)現(xiàn)平衡電壓有明顯改變,則應(yīng)放棄測量，或作為一顆新油滴重新測量；(9)選擇平衡電壓80-300V左右，下降2mm時間8-30s的油滴。(10)嚴(yán)禁打開油滴盒蓋，以免觸電。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)(7)噴油后應(yīng)將風(fēng)口蓋住，以防止空氣流動對31

ThankyouThankyou32密立根油滴實(shí)驗(yàn)1907-1913年密立根用在電場和重力場中運(yùn)動的帶電油滴進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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，該最小電荷值就是電子電荷。

密立根油滴實(shí)驗(yàn)33密立根油滴實(shí)驗(yàn)獲得兩項(xiàng)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。密立根油滴實(shí)驗(yàn)獲得兩項(xiàng)重大的成果：34實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)學(xué)習(xí)密立根油滴實(shí)驗(yàn)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(yàn)證電荷的不連續(xù)性。(2)通過對帶電油滴在重力場和靜電場中運(yùn)動的測量，驗(yàn)證電荷的不連續(xù)性，并測定基本電荷值。(3)通過對實(shí)驗(yàn)儀器的調(diào)整，油滴的選擇、跟蹤和測量，以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)態(tài)度。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?52.實(shí)驗(yàn)儀器密立根油滴儀油霧室平衡水泡CCD物鏡極板電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)計時鍵平衡電壓調(diào)節(jié)ccd提升、平衡、下降轉(zhuǎn)換開關(guān)聯(lián)動鍵2.實(shí)驗(yàn)儀器密立根油滴儀油霧室平衡水泡CCD物鏡極板電壓轉(zhuǎn)36噴霧器物鏡平動旋鈕正負(fù)極板噴霧器物鏡平動旋鈕正負(fù)極板37顯示器開關(guān)對比度調(diào)節(jié)亮度調(diào)節(jié)垂直顯示調(diào)節(jié)水平顯示調(diào)節(jié)計時顯示電壓顯示顯示器開關(guān)對比度調(diào)節(jié)亮度調(diào)節(jié)垂直顯示調(diào)節(jié)水平顯示調(diào)節(jié)計時顯示38密立根油滴實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課件39

實(shí)驗(yàn)原理

通過帶電油滴在電場和重力場中受力和運(yùn)動情況，測定基本電荷的電量。實(shí)驗(yàn)原理通過帶電油滴在電場和重力場中受40實(shí)驗(yàn)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(yùn)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(dá)到平衡，即

實(shí)驗(yàn)原理設(shè)質(zhì)量為m帶電量為q的油滴在兩平行41電場存在受力圖電場存在受力圖42實(shí)驗(yàn)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(dǎo)測量m的公式。實(shí)驗(yàn)原理要測定油滴所帶的電量q，除了要測43實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)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(黏滯阻力)作用，根據(jù)斯托克斯定律，黏滯阻力為實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)兩平行極板間不加電壓時（即電場44實(shí)驗(yàn)原理

a為油滴的半徑,η為空氣的黏滯系數(shù)，ν為油滴運(yùn)動的速度。油滴下降一段距離達(dá)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.實(shí)驗(yàn)原理45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frmg

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frmg46密立根油滴實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課件47實(shí)驗(yàn)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(rèn)為是連續(xù)介質(zhì)，空氣的黏滯系數(shù)應(yīng)做如下修正實(shí)驗(yàn)原理考慮到油滴半徑小到10-6米時，其48b為修正常數(shù)，b=8.22×10-3m·Pa，p為大氣壓強(qiáng)（單位是Pa），a為未修正過的油滴半徑。則修正后油滴半徑用為

b為修正常數(shù)，b=8.22×10-3m·Pa，p為大氣壓49對于勻速運(yùn)動的油滴，其下降的距離、所需時間和速度之間的關(guān)系為對于勻速運(yùn)動的油滴，其下降的距離、所需時間和速度之間的關(guān)系為50實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理51數(shù)據(jù)記錄及處理

(1)數(shù)據(jù)處理方法：已知：油的密度ρ=981kg/m3重力加速度g=9.797m/s2空氣的粘滯系數(shù)η=1.83×10-5kg/m·s油滴下降距離l=2.00×10-3m常數(shù)b=8.22×10-3m·Pa大氣壓P=1.013×105Pa平行極板距離d=5.00×10-3m數(shù)據(jù)記錄及處理52將以上數(shù)據(jù)代入上式得

將以上數(shù)據(jù)代入上式得53(2)數(shù)據(jù)表格(2)數(shù)據(jù)表格54實(shí)驗(yàn)步驟-調(diào)整儀器(1)調(diào)整儀器底部的調(diào)平螺絲，使水準(zhǔn)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。實(shí)驗(yàn)步驟-調(diào)整儀器55密立根油滴實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課件56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(yùn)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80~300V之間仔細(xì)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“0V”，觀察到該油滴能夠上、下自如運(yùn)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。選擇合適的油滴57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(dāng)油滴向下運(yùn)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(yùn)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8~30s的油滴.選擇合適的油滴(3)將K2置于“0V”檔，油滴下移，同時計58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(zhǔn)確判斷出這顆油滴是否達(dá)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(rèn)為油滴在平衡狀態(tài)，此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(diǎn)”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。

正式測量(1)將油滴懸于分化板上某條橫線附近(最好選擇