华中科技大学【密立根油滴实验】..docVIP

实验原理： 用油滴法测量电子的电荷e，可以用静态(平衡)测量法或动态(非平衡)测量法，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。 本实验采用静态测量法，原理如下： 设质量为m带电量为q的油滴在两平行极板间运动，两极板间电压为U，极板间距为d。则油滴在极板间将同时受到重力和电场力的作用，如图1所示。如果调节两极板间的电压U，可使电场力和重力达到平衡，即 (1) 图1 静电场中的带电油滴(电压U，板间距d) 当两平行极板间不加电压时，油滴在重力作用下加速下降，同时也受空气阻力(黏滞阻力)作用，根据斯托克斯定律，黏滞阻力为，这里，a为油滴的半径，η为空气的黏滞系数，vg为油滴运动的速度。油滴的速度达到一定值后，黏滞阻力和重力会平衡，油滴进而做匀速直线运动，有 (2) 油滴的质量与半径的关系 (3) 由(2)和(3)式得 (4) 考虑到油滴的半径小到10-6米，空气不能再看作连续介质，空气的黏滞系数应做如下修正 (5) 这里，b为修正常数，b=6.17×10-6m.cmHg，p为大气压强，a为未修正过的油滴半径。则修正后的a为 (6) 油滴匀速运动的距离和速度之间的关系为 (7) 由(1)、(2)、(6)、(7)式得，油滴的带电量q为 (8) (8)式即静态测量法的油滴带电量的表达式，要注意的是，因为油滴的半径a处于修正项中，可以不十分精确，因此(8)式中油滴的半径a仍用(4)式计算。 实验内容、步骤与要求： 1. 调整仪器 (1)调整仪器底部的调平螺丝，使水准泡指示水平； (2)将监视器亮度调低，对比度调到最高。 (3)将油从油雾室旁的喷雾口喷入，微调显微镜的调焦手轮，使视场中出现大量清晰的油滴。 2. 选择合适的油滴 将油滴仪的功能键置于“平衡”档，调节平衡电压至100~300V之间，观察能够静止的油滴，并且要满足油滴匀速下降1.5mm所用时间在8~20s之间。具体操作为，将油滴仪的功能键置于“up”档，使油滴运动到显示屏的最高刻度线，然后油滴仪的功能键置于“down”档，使油滴运动到第二刻度线的时候开始计时，一直运动到最底端刻度线时计时停止。选择这段时间在8~20s的油滴。 3. 正式测量 选择满足上述条件的10颗油滴进行时间的测量，每个油滴重复测量5次。 注意：计时结束时，一定要迅速将油滴仪的功能键置于“平衡”档，否则油滴就会运动到下极板而观察不到，进而无法测量5次。 实验注意事项及学生容易出错的地方： 实验前必须调节水准泡每次都要调节平衡电压擦拭极板时要关掉电源以免电喷雾时喷雾器应竖拿,食指赌住气孔,对准油雾室的喷雾口,轻轻喷入少许即可注意跟踪油滴随时调节显微镜镜筒不断校准平衡电压,发现平衡电压有明显改变,则应放弃测量或作为一颗新油滴重新测量选择平衡电压200V左右下降mm时间8-20s的油滴油滴编号 21.13 20.01 20.35 20.80 21.01 20.660 2 281 10.10 10.40 9.80 10.20 10.10 10.120 3 156 17.20 18.00 17.90 17.10 17.40 17.520 4 207 22.70 22.03 22.36 21.69 22.02 22.160 5 213 17.66 17.44 17.22 16.88 17.33 17.306 6 105 20.01 20.14 20.01 20.16 20.12 20.088 7 260 9.02 9.11 9.08 9.07 9.10 9.076 8 283 21.35 21.02 21.13 21.24 20.88 21.124 9 232 16.53 16.41 16.44 16.60 16.55 16.506 10 168 16.66 17.11 16.99 16.88 16.99 16.926 将=981 kg/m3, g=9.795 m/s