武汉大学油滴实验报告模板.doc

PAGE PAGE 1 《基础物理》实验报告 学院： 专业： 2012年 11 月 28 日 实验名称 用密立根油滴实验测电子电荷 姓 名 年级/班级 学 号 一、实验目的 四、实验内容及原始数据 二、实验原理 五、实验数据处理及结果（数据表格、现象等） 三、实验设备及工具 六、实验结果分析（实验现象分析、实验中存在问题的讨论） 实验目的： 是学习测量元电荷的方法，并训练物理实验时应有的严谨态度与坚忍不拔的科学精神。 实验原理： 基本设计思想是使带电油滴在测量范围内处于受力平衡的状态。按油滴作匀速运动或静止运动两种运动方式分类，油滴法测电子电荷分动态测量法和平衡测量法。 动态测量法 （1）考虑重力场中一个足够小油滴的，设此油滴半径为r，质量 为m,空气是粘滞流体，故此运动油滴除重力和浮力外还受粘 滞阻力的作用。由斯托克斯定律，粘滞阻力与物体运动速度成 正比。设油滴以匀速度vf下落，则有 （1） 受力情况如图1。 （2）若此油滴带电荷为q，并处在场强为E的均匀电场中，设电 场力qE方向与重力方向相反，如图2所示，如果油滴以匀速v上 升，则有 （2） 由（1）和（2）消去K ，可解出q为 （3） （3）由喷雾器喷出的小油滴的半径r是微米数量级，直接测量其质量也是困难的，为此希望消去，而代之以容易测量的量。设油与空气的密度分别为、，于是半径为r的油滴的视重为： （4） 由斯托克斯定律，粘滞流体对球形运动物体的阻力与物体速度成正比，其比例系数K为，此处为粘度，r为半径。于是可将式（4）带入式（1），有： （5） 因此 （6） 以此代入式（3）并整理得到 （7） 考虑到油滴的直径与空气分子的间隙相当，空气已不能看成连续介质，其粘度需作相应的修正此处p为空气压强，b为修正常数，b=0.00823，因此， （8） 当精确度要求不太高时，常采用近似计算方法先将v值代入（6）计算得 （9） 再将r值代入中，并以代入（7），得 （10） 实验中常常固定油滴运动的距离，通过测量它通过此距离s所需要的时间来求得其运动速度，且电场强度 ，d为平行板间的距离，U为所加电压，因此，式（10）可写成 （11） 2. 平衡测量法 平衡测量法的出发点是，使油滴在均匀电场中静止在某一位置，或在重力场中作匀速运动。 3．元电荷的测量法 (1)测量油滴上带的电荷的目的是找出电荷的最小单位e。为此可以对不同的油滴，分别测出其所带的电荷值q，它们应近似为某一最小单位的整数倍，即油滴电荷量的最大公约数，或油滴带电量之差的最大公约数，即为元电荷。 (2) 实验中常采用紫外线、X射线或放射源等改变同一油滴所带的电荷,测量油滴上所带电荷的改变值，而值应是元电荷的整数倍。即＝（其中为一整数）　　　 也可以用作图法求e值，通过拟合直线，即可求得e值 实验步骤： 数据处理： 第1粒油滴数据 电压(v) 下落时间(s) 电荷q 电子数n e值 误差 第1次测量数据 234 9.98 1.12e-18 7 1.61e-19 0.92% 第1粒油滴结果 1.12e-18 7 1.61e-19 0.92% 第2粒油滴数据 电压(v) 下落时间(s) 电荷q 电子数n e值 误差 第1次测量数据 203 10.52 1.20e-18 8 1.50e-19 5.93% 第2粒油滴结果 1.20e-18 8 1.50e-19 5.93% 第3粒油滴数据 电压(v) 下落时间(s) 电荷q 电子数n e值 误差 第1次测量数据 233 8.27 1.52e-18 10 1.52e-19 4.50% 第3粒油滴结果 1.52e-1