2023年实验报告密立根油滴实验.docx

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1、浙江大学宁波理工学院物理实验报告一、 实验名称:密立根油滴实验测电子电荷e二、实验目的：1、 通过对带电油滴在重力场和静电场中运动的测量，验证电荷的不连续性，并 测定电子电荷的电荷值e。2、通过实验过程中，对仪器的调整、油滴的选择、耐心地跟踪和测量以及数据的 解决等，培养学生严厉认真和一丝不苟的科学实验方法和态度。3、学习和理解密立根运用宏观量测量微观量的巧妙设想和构思。三、仪器用品：密立根油滴实验仪四、实验原理：动态测量法假设重力场中一个足够小油滴的运动，设此油滴半径为厂，质量为肛，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

2、。设油滴以速度匕匀速下落，则有mg-m2g = Kvf(1)此处为与油滴同体积的空气质量,K为比例系数，g为重力加速度。油滴在空气及重力场中的受力情况如图1所示:若此油滴带电荷为外并处在场强为石的均匀电场中，设电场力夕石方向与重力方向相反，如图2所示,假如油滴以速度吃匀速上升，则有qE - (m1 -m2)g + Kvf(2),Kvfh m2gOV mSn qE,m2 gV Kvr/g图1重力场中油滴智力示意图由式（1）和（2）消去K,可解出为（m, -mgq = 一匕L一（5 +匕）（3）Evf由式（3）可以看出，要测量油滴上携带的电荷必需要分别测出肛、色、E、匕、 匕等物理量。由喷雾器喷出

3、的小油滴的半径r是微米数量级，直接测量其质量肛也是困难的， 为此希望消去犯，而代之以容易测量的量。设油与空气的密度分别为乃、0,于是半 径为厂的油滴的视重为43g-m2g=-n 厂（Pi p2）g（4）五、实验内容：学习控制油滴在视场中的运动,并选择合适的油滴测量元电荷。规定至少测量5 个不同的油滴,每个油滴的测量次数应在3次以上。1、调整油滴实验仪水平调整调整实验仪底部的旋钮(顺时针仪器升高,逆时针仪器下降)，通过水准仪将 实验平台调平，使平衡电场方向与重力方向平行以免引起实验误差。极板平面是 否水平决定了油滴在下落或提高过程中是否发生前后、左右的漂移。喷雾器调整将少量钟表油缓慢的倒入喷雾器

4、的储油腔内，使钟表油湮没提油管下方， 油不要太多，以免实验过程中不慎将油倾倒至油滴盒内堵塞落油孔。将喷雾器 竖起，用手挤压气囊，使得提油管内充满钟表油。仪器硬件接口连接主机接线：电源线接交流2 2 0V/50Hz； Q9视频输出接监视器视频输入(I N)。监视器:输入阻抗开关拨至75Q (ohm), Q9视频线缆接IN输入插座。电 源线接220V/50Hz交流电压。前面板调整旋钮自左至右依次为左右调整、上下 调整、亮度调整、对比度调整。实验仪联机使用a. 打开实验仪电源及监视器电源,监视器出现欢迎界面b. 按任意键:监视器出现参数设立界面,一方面,设立实验方法,然后根据 该地的环境适当设立重力

5、加速度、油密度、大气压强、油滴下落距离。“一”表达左移键、“f”表达为右移键、“+”表达数据设立键。C.按确认键出现实验界面:将工作状态切换至“工作”，红色指示灯亮,将平衡、提高按键设立为“平衡”。c CD成像系统调整从喷雾口喷入油雾，此时监视器上应当出现大量运动油滴的像。若没有看到油滴 的像，则需调整调焦旋钮或检查喷雾器是否有油雾喷出，直至得到油滴清楚的图像。控制油滴的运动选择适当的油滴,调整平衡电压，使油滴平衡在某一格线上,将工作状态按键切换至“0 V”，绿色指示灯点亮，此时上下极板同时接地，电场力为零， 油滴将在重力、浮力及空气阻力的作用下作下落运动，当由滴下落到有0标记的 刻度线时，立

6、刻按下定期开始键，同时计时器开始记录油滴下落的时间；待油滴 下落至有距离标志（例如1. 6 ）的格线时，立即按下定期结束键，同时记时器 停止记时。经历一小段时间后0V、工作按键自动切换至“工作”（平衡、提高 按键处在“平衡”），此时油滴将停止下落，可以通过确认键将本次测量数据记 录到屏幕上。将工作状态按键切换至“工作”，红色指示灯点亮，此时仪器根据平衡或提 高状态分两种情形：若置于“平衡”，则可以通过平衡电压调节旋钮调整平衡电 压;若置于“提高”，则极板电压将在原平衡电压的基础上再增长200V的电压， 用来向上提高油滴。 选择适当的油滴要作好油滴实验，所选的油滴体积要适中，大的油滴虽然明亮，但

7、一般带的电荷多，下降或提高太快，不容易测准确。太小则受布朗运动的影响明显，测量时涨落较大,也不容易测准确。因此应当选择质量适中而带电不多的油滴。建议选择平衡电压在1 5 0 40 0 V之间、下落时间在2 0S （当下落距离为2mm 时）左右的油滴进行测量。平衡测量法： 启动电源，进入实验界面将工作状态按键切换至“工作”，红色指示灯点亮; 将平衡、提高按键置于“平衡”。 通过喷雾口向油滴盒内喷入油雾，此时监视器上将出现大量运动的油滴。选 取适当的油滴，仔细调整平衡电压,使其平衡在某一起始格线上（见后面平衡法示意 图）。 将工作状态按键切换至“0V”，此时油滴开始下落，当油滴下落到有“0”标 记

8、的格线时，立即按下定期开始键，同时计时器启动，开始记录油滴的下落时间。 当油滴下落至有距离标记的格线时（例如：1. 6）,立即按下定期结束键， 同时记时器停止记时（如无人为干预,通过一小段时间后，工作状态按键自动切换 至“工作”，油滴将停止移动），此时可以通过确认按键将测量结果记录在屏幕上。 将平衡、提高按键置于“提高”，油滴将被向上提高，当回到高于有“ 0 ” 标记格线时，将平衡、提高键置回平衡状态，使其静止。重新调整平衡电压，反复，并将数据记录到屏幕上（平衡电压V及下 落时间t）。当达成5次记录后，按确认键，界面的左面出现实验结果。 反复步，测出油滴的平均电荷量至少测5个油滴,并根据所测得

9、的平均电荷量。求出它们的最大公约数，即为基 本电荷e值（需要足够的数据记录量）。根据e的理论值,计算出e的相对误差。数据记录:单位义10 cQ1Q2Q3Q4Q513. 2594. 8503. 1187. 9 86.3. 2 2723. 1854. 7843. 2438. 0233. 2 8433.07 64. 88 63. 2 478. 0613. 18343.30 74. 9023. 1897. 7513. 20753. 2 084. 8993. 0 997.9853. 187平均3. 20 74. 8643. 1 797. 9553 . 2 18六、数据解决：验证实验数据:假定电子的电荷e

10、=l . 6 0 2X10-19cNl=Ql/e=3. 2 0 7/1. 6 0 22N2=Q2/ e =4. 864 / 1 . 60 2 仁3N3 = Q3/ e =3. 17 9 /1.60 2 仁 2N4=Q4/e =7. 955/1. 602g 5N5=Q5/e=3.218/1.6 0 22分别用每个油滴所带的电量Q除以其所具有的电子个数并求其平均值e 测二(3. 20 7 / 2 +4. 8 6 4/3+3. 179/ 2 +7. 955/ 5 + 3, 2 1 8 / 2)X10 19/ 5=1.6 0 9X 1019C七、实验结果：e 测二 1 .609X 1 0 -19CA二(1. 6 0 9 -1. 6 02)/1.602X%=4. 4%张凯翔生物医药创新班学号