当前位置: 首页>>实验教学>>实验内容>>正文

实验内容

密立根油滴实验
2013-11-19 14:21  

一、实验目的

1.了解密立根油滴仪的结构,油滴实验测定电子电荷的设计思想和方法。

2.了解CCD图像传感器的原理和电视显微测量方法。

3.通过对带电油滴在重力场和静电场中运动的测量,来测量基本电荷的大小,验证电荷的量子性。

4.通过实验中对仪器的调整、油滴的选择、跟踪、测量及数据处理,培养学生科学的实验方法。

二、实验仪器

MOD-5C型密立根油滴仪,钟表油,喷雾器。

三、实验原理

本实验中采用静态测量法来测量基本电荷的大小。

质量、带电量为的球形油滴,处在两块水平放置的平行带电平板之间。改变两平板间电压,可使油滴在板间某处静止不动。忽略空气浮力,则静电力和重力平衡。即

       (1)

式中为两极板间的电场强度,为两极板间的距离。只要测出并代入(1)式,即可算出油滴带电量。然而因油滴很小,其质量无法直接测得。本实验采用下述的方法测量质量。

当两极板间未加电压时,油滴受重力作用而下落,下落过程中同时受到向上的空气粘滞阻力的作用,当油滴下落的速度增加时,根据斯托克斯定律会增大。最后空气粘滞阻力与重力相等时,油滴达到了最大速度设油滴匀速下落的速度为,则有

         (2)

式中是粘滞系数,是油滴的半径。设油滴的密度是,则   

考虑到对如此小的油滴来说空气已不能视为连续媒质,加上空气分子的平均自由程和大气压强成正比等因素,粘滞阻力修正后写为    

为修正常数,为大气压强。由(2),(3),(4)式可得

     (5)

分别测出油滴匀速下落距离和所用的时间,则油滴匀速下落的速度,利用式(1)和(5)式有:

       (6)

在给定的实验条件下,。将以上数据代入(6)式得

          (7)

四、实验内容  

1.油滴仪的调整

将仪器放平稳,调整两只调平螺丝使水准泡指示水平,这时油滴盒处于水平状态。打开电源开关,微调CCD镜头焦距使分划板刻线清晰。

2.测量

选择平衡电压为,匀速下落所用时间约的油滴作为待测对象较好。油滴平衡后,通过“提升”挡电压将油滴提升到第一条水平刻线处,让油滴下落至第二条刻线时开始计时,测出油滴匀速运动(对应分划板四格)所用的时间。接着再加上平衡电压,否则油滴很快消失,影响多次测量。

对一颗油滴进行多次反复测量(一般在5次以上),且每次测量前均应重新调节平衡电压,分别算出每次测量的结果(油滴带电量和基本电荷)。用同样的方法至少测量5颗油滴,最终求出(所有)基本电荷的实验平均值。

五、注意事项

1.喷雾时切勿将喷雾器插入油雾室,甚至将油倒出来,更不应该将油雾室拿掉后对准上电极板中央小孔喷油,否则会将油滴盒周围搞脏,甚至把落油孔堵塞;

2.选择大小合适的油滴是实验的关键。大而亮的油滴,因其质量大,油滴带电量也多,匀速下落一定距离的时间短,增加测量和数据处理误差。而过小的油滴布朗运动明显,且不易观察。

3.测量油滴运动时间应在两极板中间进行,太靠近上极板,小孔附近有气流,电场也不均匀,若太靠近下极板,测量后油滴容易丢失。

六、思考题

1.为什么向油雾室喷油时要使两极板短路?

2.对同一颗油滴进行多次测量时,为什么平衡电压必须逐次调整?

3.实验时如何保证测量的时间是对应油滴作匀速运动的时间?

关闭窗口