近代物理试验南阳师范学院.doc

近代物理实验讲义 南阳师范学院物理与电子工程学院 物理教研组编写 目录 实验一 密立根油滴实验夫兰克—赫兹实验常数的测定核磁共振和半吸收厚度的测定…………………46 实验八 射线的吸收与物质吸收系数的测定…………………………………50 实验九 电子自旋共振实验…………………………………………………………53 实验一 密立根油滴实验 实验目的 验证电荷的不连续性，测定电子的电荷值e。 实验原理 用油滴法测量电子的电荷有两种方法，即平衡测量法和动态测量法，分述如下： 图1：油滴在两平行极板之间静止 1. 平衡测量法 用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的水平放置的平行极板之间。油滴在喷射时由于摩擦，一般都是带电的。设油滴的质量为m，所带电量为q，两极板之间的电压为V，则油滴在平行极板之间同时受两个力的作用，一个是重力mg，另一个是静电力。如果调节两极板之间的电压V， 可使两力相互抵消而达到平衡，如图1所示。这时有 （1） 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。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） 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） 斯托克斯定律是以连续介质为前提的，对于半径小到10-6m的微小油滴，已不能将空气看作连续介质，空气的粘滞系数应作如下修正 式中b为一修正常数，b = 6.17×10-6m·cmHg，p为大气压强，单位为cmHg。 用代替（4）式中的，得： （5）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： （6） 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，则 （7） 将（7）式代入（6）式，（6）式代入（1）式，得 (8) 上式就是用平衡法测定油滴所带电荷的计算公式。 2. 动态测量法 在平衡测量法中，公式（8）是在条件下推导出的。在动态测量法中，两极板上加一适当的电压VE，如果qE mg,而且这两个力方向相反，油滴就会加速上升，油滴向上运动同样受到与速度成正比的空气阻力的作用。当油滴的速度增大到某一数值后,作用在油滴上的电场力、重力和阻力达到平衡，此油滴就会以匀速上升，这时 （9） 当去掉两极板所加的电压VE后，油滴在重力的作用下加速下降，当空气阻力和重力平衡时 将此式代入（9）式 （10） 实验时，如果油滴匀速下降和匀速上升的距离相等，设都为，匀速上升的时间为tE，匀速下降的时间为tg，则 , （11） 将（6）式和（11）式代入（10）式得： （12） 上式就是用动态法测定油滴所带电荷的计算公式。 实验仪器 主要仪器有油滴仪、电源、喷雾器、秒表等。 油滴仪：油滴仪包括油滴盒、防风罩、照明装置、显微镜、水准仪等，如图1所示。油滴盒是由两块经过精磨的平行极板组成的，间距为5.00mm，上极板的中央有一个直径为0.4mm的小孔，以供油滴落入。油滴盒放在防风罩中，以防止周围空气流动对油滴的影响。防风罩上面是油雾室，用喷雾器可将油滴从喷雾口喷入，并经油雾孔落入油滴盒，油雾孔由油雾孔开关控制，它打开后油滴才能落入油滴盒。 ? 图1 油滴盒结构图?????????????????? 图2：显微镜中的分划板 5.胶木圆环 6.下电极板 7. 底板 8.上盖板