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密立根油滴静态法测电荷量子数.ppt

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密立根油滴静态法测电荷量子数.ppt
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指导教师:尹腾,辽宁科技大学 理学院实验中心,密立根油滴实验——静态法测量油滴带电的量子数,目录,实验目的,实验原理,实验数据,实验步骤,已知参数,实验仪器,思考题,密立根简介,注意事项,数据处理,密立根简介:,密立根(Robert Andrews Millikan)是著名的实验物理学家。1913年,他以闻名的油滴实验证实电子的存在,并测定了电子的电荷值,电子的普遍存在从此得到令人信服的证明 。由于密立根在测量电子电荷量等方面的杰出成就而荣获1923年诺贝尔物理学奖。密立根的实验设备简单而有效,构思巧妙并且方法简洁,测得数据精确且结果稳定,是一个著名的有启发性的实验,被誉为物理实验的典范。,一﹑ 实验目的,1.通过对带电油滴在重力场和静电场中运动的测量,验证电荷的不连续性,加深对电荷量子化理解。2 . 通过对实验仪器的调整,油滴的选择、跟踪和测量,了解仪器的组成和工作原理,3. 学习密立根油滴实验的设计思想,实验数据处理方法,培养学生严谨的科学实验态度。,二﹑实验仪器,OM-99型密立根油滴仪、CCD摄像头及监视器、专用喷雾器。密立根油滴仪包括油滴盒、油滴照明装置、调平系统、测量显微镜、供电电源以及电子停表、喷雾器等部分组成。,【实验仪器】,1、密立根油滴仪,极性:选择电极间电场方向,可选“+”或“-”,实验时保持不变。 平衡:通常置于中间(平衡),扳向身边(0伏)开始计时,回到中间计时结束。推向前面(提升)可使油滴向上运动。 联动:扳向身边,保持计时器与平衡开关联动状态。 计时停:当不需要计时而正在计时,可按此按钮使计时器停止,无需清零。 平衡电压:调节此旋钮可改变电极之间的电压。,2、电视显示器,显示器屏幕上的线条是油滴仪中电极之间的空间坐标,不同水平线即为电极之间不同高度位置,每两条水平线之间的空间距离为0.25mm,屏幕右上角分别为测量电极之间电压的电压表和记录油滴下落时间的计时器。,3、喷雾器及钟油,喷雾器使用时喷口对准油雾室边上的孔, 用力挤压喷雾器的橡皮气囊,通常喷射三至四下即可找到合适的油滴。 使用时(用完后) 喷口要向上 从喷口处注油 油的液面高度控制在3mm左右,4、喷雾器及喷雾器杯子,喷雾器使用时或闲置时必须保持油滴出口处始终朝上,不得横在桌上或倒置在杯中,以防止油直接流出来。使用过程中要轻拿轻放,避免碰碎喷雾器。 喷油雾时保持喷口冲上,避免将油直接喷出!,三﹑ 实验原理,油滴在平行极板之间同时受两个力的作用, 一个是重力mg ,一个是静电力 。如果调节两极板之间的电压V,可使两力相互抵消而到平衡,如图1所示。,,,图1:油滴在两平行极板之间静止,,,1.静态测量法,,,,,,,,,,,,,,,d,v,,q E,mg,设油滴的质量为m,所带电量为q,两极板之间的电 压V,用油滴法测量电子的电荷有两种方法,即静态测量法和动态测量法,分述如下:,平行极板未加电压时,油滴受重力作用而下降,但是由 于空气的粘滞阻力与油滴的速度成正比,油滴下落一小段距离达到某一速度 后,阻力与重力平衡(空气浮力忽略不计),油滴将匀速下降。由斯托克斯定律可知 (2),,,,为了测出油滴所带的电量q,除了需测定V 和d 外,还需测量油滴的质量m 。因m很小,需要用如下特殊的方法测定。,这时 , mg=q*V/d (1),式中η是空气的粘滞系数,r是油滴的半径(由于表面张力的原因,油滴总是呈小球状)。,设油滴的密度为ρ,油滴的质量m又可以用下式表示,(3),由(2)式和(3)式得到油滴的半径(4)与质量(6)(4),,,,,式中b为一修正常数,b = 6.17 ×10 m·cmHg,p为大气压强,单位为cmHg。用 代替(4)式中的 ,得(5),,,,,-6,,,空气的粘滞系数应作如下修正,斯托克斯定律适用于连续介质中 球状物体所受的粘滞力。由于油 滴甚小,其直径可和空气分子的 平均自由程相比拟,所以不能再 将空气看成是连续介质,油滴所 受粘滞力必将减小,粘滞系数应 予以修正。,对于匀速下降的速度 ,可用下法测出:当两极板间 的电压V=0时,设 油滴匀速下降的距离为 ,时间为 t ,则,上式根号中还包含油滴的半径r,但因为它处于修正项 中,不需要十分精确,故它仍可以用(4)式计算。将(5)代入(3)式,得,,,,,,,g,(6),(7),将(7)式代入(6)式,(6)式代入(1)式,得
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