【正文】 題目】 密立根油滴實驗 【實驗?zāi)康摹? ，驗證電荷的“量子化”，即電量不是連續(xù) 變化的，測定電子的電荷值； 利用靜、動平衡條件巧妙測量電子荷質(zhì)比巧妙之處，通過對儀器的調(diào)整練習(xí)選擇、跟蹤油滴，調(diào)整電壓使油滴平衡。 【實驗儀器】 由油滴盒、 CCD 電視顯微鏡、電路箱、監(jiān)視器等組成的密立根油滴儀；棕油、噴油器。 【實驗原理】 （平衡）測量法用噴霧器將油滴噴入兩塊相距為 d 的平行極板之間。油在噴射撕裂成油滴時，一般都是帶電的。設(shè)油滴的質(zhì)量為 m，所帶的電量為 q，兩極板間的電壓為 V，如圖（ b） 所示。如果調(diào)節(jié)兩極板間的電壓 V，可使兩力達到平衡，有： dVqqEmg (1)為了測出油滴所帶的電量 q，除了需測定平衡電壓 V和極板間距離 d 外，還需要測量油滴的質(zhì)量 m。因 m很小，需用如下特殊方法測定：平行極板不加電壓時，油滴受重力作用而加速下降，由于空氣阻力的作用，下降一段距離達到某一速度 g rf 與重力 mg 平衡，如圖 (a)所示（空氣浮力忽略不計），油滴將勻速下降。其中油滴重力為 mg=34 r3 ： mgvafgr 6 (2) a 油滴的半徑。經(jīng)過變換及修正，可得斯托克斯定律： pabvafgr 16 (3)其中 b是修正常數(shù)， b= 106m Pa, p 為大氣壓強，單位為厘米汞高。 至于油滴勻速下降的速度 gv，可用下法測出：當兩極板間的電壓V 為零時 ,設(shè)油滴勻速下降的距離為 l，時間為 t，則： ggtlv (4) 最后得到理論公式： Vdpabtlgqg23)1(218 (5)上式即為靜態(tài)法測油滴電荷的公式。其中： gvag 29 為了求電子電荷ｅ，對實驗測得的各個電荷ｑ求最大公約數(shù)，就是基本電荷ｅ的值，照射油滴，使它所帶電荷改變） ，這時 ?q1 應(yīng)近似為某一最小單位的整數(shù)倍，此最小單位即為基本電荷ｅ。 也就是電子電荷ｅ，也可以測得同一油滴所帶電荷的改變量 ?q1，這時 ?q1 應(yīng)近似為某一最小單位的整數(shù)倍，此最小單位即為電荷量 e.【實驗內(nèi)容】 儀器調(diào)整： 調(diào)節(jié)儀器底座上的三只調(diào)平手輪，將水泡調(diào)平。打開儀器，使屏幕視野清晰亮度適宜并 調(diào)節(jié)接目鏡，使分劃板刻線清晰。 噴油滴：噴霧器內(nèi)的油不可裝得太滿，否則會噴出很多“油”而不是“油霧”，噴油時噴霧器的噴頭不要深入噴油孔內(nèi)，防止大顆粒油滴堵塞落油孔； 選擇油滴：微調(diào)測量顯微鏡的調(diào)焦手輪，這時視場中即出現(xiàn)大量清晰的油滴。且大而亮的油滴必然質(zhì)量大，所帶電荷也多，而勻速下降時間則很短，增大了測量誤差和給數(shù)據(jù)處理帶來困難。過小的油滴觀察困難 ,布朗運動明顯，會引入較大的測量誤差。通常選擇平衡電壓為 200Ｖ左右，勻速下落 2mm 的時間在 15~35S 左右的油滴較適宜。噴油后，置“平衡”檔 ,調(diào) W 使極板電壓為 200Ｖ左右，注意幾顆緩慢運動、較為清晰明亮的油滴。置“ 0V”檔時，觀察各顆油滴下落大概的速度，從中選一顆滿足條件的油滴作為測量對象。如油滴斜向運動，則可轉(zhuǎn)動顯微鏡上的圓形 CCD，使油滴垂直方向運動；測量：將油滴移至某條刻度線上，仔細調(diào)節(jié)平衡電壓，當油滴不在上升或下降時為平衡電壓，將電壓置“ up”檔，使油滴上升到距刻度線一格以上，置“平衡”檔，將計時器歸零，置“ down”檔，當油滴經(jīng)過 0 刻度線時開始計時，當經(jīng)過刻度線 2 時，計時結(jié)束并將電壓置“平衡”檔，重復(fù) 6 次該油滴的實驗，記錄運動的時間及平 衡電壓； 按照上述方法，再另找兩滴油滴，并記錄數(shù)據(jù)。 【原始數(shù)據(jù)】 第一組 V(v)174175174175174176t(s)第二組 V(v)171172172171171173t(s)組 V(v)185185184184185185t(s) ρ為油的密度 ρ =981Kg/m3g為重力加速度 g= s2 η空氣粘滯系數(shù) η = 105 Pa sl為油滴勻速下降的距離 l= 103mb為修正常數(shù) b= 106m Pap為大氣壓強 P= 105Pad為平行極板間距離 d= 103 m【數(shù)據(jù)處理】 由靜態(tài)法測油滴電荷的公式： Vdpabtlgqg23)1(218 和 gvag 29 帶電量 /ci=q/ei(取整） 電子電量 e/c 第一組 E19 第 二 組8E19 第 三 組19 e= iie181= C 1812e)()118(181iiee 1019 e=( ) 1019C相對偏差： S相 =（（（ ） 101/ 1019）） 100%=% 【實驗結(jié)果分析】 一、實驗結(jié)果 本實驗中通過對帶電油滴在重力場和靜電場中的運動的測量：第一個油滴的電荷量是 e 的 3 倍；第二個油滴的電荷量是 e 的 3 倍；第三個油滴的電荷量是 e 的 4 倍。由此可知，油滴的電荷量是量子化的，即是不連續(xù)變化的。 本實驗測得電子電量為 e=( ) 1019C； e 的不確定度為 ，其反映了此次實驗的重復(fù)性較好。此外，其相對偏差為%，它反映了測量值與理論值較為接近，驗證了實驗結(jié)果的準確性較好。 二 、誤差分析 理論誤差 因為油的密度ρ、空氣的粘滯系數(shù)都是溫度的函數(shù) ,重力加速度 g和大氣壓強 p又隨實驗地點和實驗條件的變化而變化 ,但是一般條件下 ,計算的誤差只有百分之一左右。 儀器誤差實驗儀器本身帶來的誤差：按下計時器時，油滴瞬時的加速，計時器的誤差，油滴下落過程中可能碰撞到其他的油滴造成質(zhì)量的變化。 測量誤差 a、在實驗儀器相同的情況下 ,測量誤差除了由系統(tǒng)誤差引起的部分 ,主要就是由測量人員的主觀素質(zhì)引起的偶然誤差形成的。例如 :電荷未達到平衡就開始計時；電荷在多次測量 中于其他電子發(fā)生碰撞；油滴下落時沒有沿直線勻速下落； b、選擇合適的油滴很重要 ,油滴的體積太大 ,大的油滴雖然容易觀察 ,但質(zhì)量大 ,必須帶很多電荷才能取得平衡 ,而且下落時間短 ,結(jié)果不易測準。油滴的體積過小 ,容易產(chǎn)生漂移 ,也會增大測量誤差。選擇那些質(zhì)量適中而帶電量不太多的油滴才是可取的 ,可根據(jù)平衡電壓的大小 (約 200V)和油滴勻速下降的時間 (約 15～ 35s)來判斷油滴的大小和帶電量的多少。 減少誤差的方法：多次測量取平均值三、注意： 測準油滴上升或下降某段距離所需的時間，要統(tǒng)一油滴到達刻度線什么位置才認為油滴已踏線； 眼睛要平視刻度線，不要有夾角。反復(fù)幾次，使測出的各次時間的離散性較?。?正式測量用平衡測量法、動態(tài)測量法和同一油滴改變電荷法（第三種方法所用的射線源用戶自備）。如采用平衡法測量，可將已調(diào)平衡的油滴用 K2 控制移到“起跑”線上，按 K3（計時／停），讓計時器停止計時，然后將 K2 撥向“ 0V”，油滴開始勻速下降的同時，計時器開始計時。到“終點”時迅速按下計時器； 注意不要讓所觀測的油滴跑掉。 第三篇：密立根 油滴實驗實驗報告 佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 實 驗 報 告 課程名稱 近代物理實驗 11