元电荷的测定大学物理实验.pptVIP

元电荷的测定 实验目的 了解密立根油滴仪的结构，油滴实验测定电子电荷的设计思想和方法； 了解CCD图像传感器的原理和电视显微测量方法； 用平衡法测量电子电量的大小； 验证电荷的量子性。 重点与难点 重点:(1)了解实验测定电子电荷的设 计思想和方法； (2)用平衡法测量电子电量的大小；验证电荷的量子性（不连续性）。 操作难点 (1) 选择到合适的油滴； (2) 测准下落时间。 实验仪器 了解仪器各部件的功能 油滴室 CCD摄像系统（蓝色） 两个平行电极板通电后形成电场； 带电油滴从上板的小孔进入油滴室做受控运动； 气泡 摄像头实时拍摄油滴的运动画面； 显示器在屏幕上； 实验仪器 调平螺丝 气泡 后面介绍 实验原理 1.库仑力与重力平衡 用油雾器将油喷入两块相距为d的水平放置的平行极板之间。设油滴的质量为m。若油滴被喷雾器喷出的瞬间与空气摩擦带电，所带的电荷为q，两极板间的电压为V，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。如图所示。若某一电荷恰好在电压V下达到平衡，此时称为平衡电压V即 d v （1）当调节电压大于平衡电压V时，电场力重力，油滴上升； （2）当调节电压小于平衡电压V时，重力电场力，油滴下降。 实验原理 2.空气阻力与重力平衡 当两平行极板短路没有电压时，电场力等于0，油滴只受重力作用而加速下降，但受空气阻力的作用（空气阻力与物体运动速度成正比），下降一段距离达到某一速度后，阻力与重力平衡，如图所示（空气浮力忽略不记），油滴将匀速下降，根据斯托克斯定律，油滴匀速下降时： 式中: 是空气的粘滞系数， 是油滴的半径。 实验原理 3.根据前面两个公式可以推导出电荷量的测量表达式 考虑到空气此时不能看着连续介质，其粘度需修正，取油的密度 ，重力加速度 空气黏度 ，油匀速下降的距离 ，修正常数 ， 大气压强 ，平行极板距离 ，可推导最终的电荷量测量表达式为： 其中，单位均用国际单位制； V是重力和电场力相等时的平衡电压； t是匀速运动的时间。 a.蓝色按键只能点按，不能长按在蓝色按键上面. b.计时：油滴开始运动要计时按1次，开始灯亮； 运动一段距离要结束计时再按1次，结束灯亮. c.0V/工作：电极板不加电压时，切换到0V灯亮； 要用[电压调节]旋钮改变电压时，切换到工作灯亮. d.平衡/提升：(1)0V灯亮，平衡灯亮时，重力跟空气阻力平衡； (2)工作灯亮，平衡灯亮时，重力跟电场力平衡； (3)工作灯亮，提升灯亮时，电场力大于重力； e.只有工作灯亮时，才能用[电压调节]旋钮改变电压；否则调不动。 f.确认：要用的时候按；不用的时候不要按，否则画面会出错。 实验步骤 1.? 调整仪器 将仪器放平稳，调节仪器的调平螺丝（只动其中任意两个螺丝），使水准仪气泡处于中央位置，这时平行板处于水平，从而保证电场 和重力场相平行，然后接通电源。(否则不水平操作会使油滴产生倾斜运动) 调平螺丝 水平气泡 2、打开电源开关，正确选择机器参数 1.点按一次[确认]按钮进入参数设置画面。 2.改两个参数：（福州） (1)重力加速度改成：9.790 (2)油密度改成：981 — :向下移动光标 — :向上移动光标 +：改变数字，从0-9之间增加 (一定要把以上这些参数写入实验报告上) 这两个参数设置好之后，再按一次[确认]键就进入测量画面 当前实验室的空气的温度取：25℃ （1）整个画面表格总长度是2毫米； （2）均匀分成10小格，每小格是0.2毫米； （3）检查确保：右上角显示+0000V； 右下角显示1.6/平衡法； （4）目标油滴：经过1小格大约是2秒的时间； 测量时采用8格大概是15秒到30秒之间