油滴法测电子电荷量要点.doc

《油滴法测电子电荷量》实验报告 学院： 专业： 2 实验名称 油滴法测电子电荷量 姓 名 年级/班级 学 号 实验目的 二、实验原理 三、实验设备及工具 四、实验内容及原始数据 五．实验数据处理及结果（数据表格、现象等） 六、实验结果分析（实验现象分析、实验中存在问题的讨论） 实验简介密立根 (Robert Andrews Millikan1868～1953美国物理学家)?因对基本电荷和光电效应的工作。 2．了解、掌握密立根油滴实验的设计思想、实验方法和实验技巧。 实验原理 用油滴法测量电子的电荷，需要测量油滴的带电量q，可以用静态（平衡）测量法或动态（非平衡）测量法测q，也可以通过改变油滴的带电量，用静态法或动态法测量油滴带电量的改变量。测量方法分析如下： 一．静态（平衡）测量法。 用喷雾器将油喷入两块相距为d的水平放置的平行极板之间。油在喷射撕裂成油滴时，一般都是带电的。设油滴的质量为m，所带的电荷为q，两块极板间的电压为U，则油滴在平行极板间将同时受到重力mg和静电力qE的作用。如图（4.8-2）所示。如果调节两极板间的电压U，可使这两个力达到平衡，这时 （4.8-1） 从式（4.8-1）可见，为了测出油滴所带电量q，除了需测定平衡电压U和极板间距离d外，还需要测量油滴的质量m。因为m很小，需要用如下特殊方法测定：平行极板不加电压时，油滴受重力作用而加速下降，由于空气粘滞阻力的作用，下降一定距离达到某一速度vg后，阻力与重力mg平衡，如图4.8-3所示（空气浮力忽略不计），油滴将匀速下降 。根据斯托克斯定律，油滴匀速下降时 (4.8-2) 式中，是空气的粘滞系数；是油滴的半径（由于表面张力的原因，油滴总是呈小球状）。设油的密度为，油滴的质量可以用下式表示 (4.8-3) 由式（4.8-2）和式（4.8-3）得到油滴的半径 （4.8-4） 对于半径小到m的小球，空气的粘滞系数应作如下修正 式中，为修正常数，为大气压强，单位用Pa。这时斯托克斯定律应改为 因此 （4.8-5） 上式根号中还包含油滴的半径，但因它处于修正项中，可以不十分精确，因此可用式（4.8-4）计算。将式（4.8-5）代入式（4.8-3），得 （4.8-6） 至于油滴匀速下降的速度vg，可用下述方法测出：当两极板间的电压为零时，设油滴匀速下降的距离为l，时间为tg，则 （4.8-7） 由式(4.8-7)、（4.8-6）和(4.8-1)，可得 （4.8-8） 上式是用平衡测量法测定油滴所带电量的理论公式。 二．动态（非平衡）测量法。 平衡测量法是在静电力qE和重力mg达到平衡时导出公式（4.8-8）的。非平衡测量法则是在平行极板上加以适当的电压U，但并不调节U使静电力和重力达到平衡，而是使油滴受静电力作用加速上升。由于空气阻力的作用，上升一段距离达到某一速度ve后，空气阻力、重力和静电力达到平衡（忽略空气浮力），油滴将匀速上升，如图4.8-4所示。这时 当去掉平行极板上所加的电压U后，油滴受重力作用而加速下降，空气阻力随油滴下落速度的增加而很快增大，当空气阻力和重力达到平衡时，油滴将以匀速vg下降，这时 上两式相除 得 （4.8-9） 实验时取油滴匀速下降和匀速上升的距离相等，设都为l。测出油滴匀速下降的时间为tg，匀速上升的时间为te，则 ， （4.8-10） 将式（4.8-6）油滴的质量和式（4.8-10）代入式（4.8-9）得 (4.8-11) 令 则 （4.8-12） 从上述讨论可见： 1．用平衡法测量，原理简单直观，而且油滴有平衡不动的时候，实验操作的节奏可以进行得较慢，但需仔细调整平衡电压；用非平衡法测量，在原理和数据处理方面较平衡法要繁琐一些，且油滴没有平衡不动的时候，实验操作稍有疏忽，油滴就容易丢失，但它不需要调整平衡电压。 2．比较式（4.8-8）和式（4.8-11），当调节电压U使油滴受力达到平衡时，油滴匀速上升的时间，两式相一致，可见平衡测量法是非平