大一下物理实验【实验报告】 密立根油滴法测电子电荷

物  理  实  验  报  告

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实验名称  密立根油滴法测电子电荷  

目        录

预习报告……………………………………………2~5

实验目的……………………………………………………2

实验仪器……………………………………………………2

实验中的主要工作…………………………………………2

预习中遇到的问题及思考…………………………………3

实验原始数据记录…………………………………………4

实验报告…………………………………………6~12

实验原理………………………………………………………

实验步骤………………………………………………………

实验数据处理及分析…………………………………………

讨论……………………………………………………………

实验目的：

1、学会使用密立根油滴仪等实验仪器

2、掌握密立根油滴法测定电子电荷的试验方法

3、领悟密立根实验的设计思想

4、进一步掌握处理实验数据的方法

实验仪器（包括仪器型号）：

1、调整仪器：将仪器放平，调节仪器底部左右两只调平螺丝，使仪器水平，仪器预热10分钟，将油从油雾室旁的喷雾口喷入，微调测微显微镜的调焦手轮。

2、测量练习：练习控制油滴。

3、正式测量：对同一颗油滴进行6~8次测量，而且每次测量都要重新调整平衡电压，用同样的方法再进行。

4、数据处理：验证电荷的不连续性并测定电子电荷值e。

5、仔细观察显微镜视场中看到的大小、明暗、降落快慢各异的油滴的表现。

预习中遇到的问题及思考：

1、若油滴室内两容器极板不平行，对实验结果有何影响？  

答：若油滴室内两容器极板不平行，则油滴所受电场力不在竖直方向上，故不能保证油滴做直线运动，计算公式条件不成立，求出来的电子电荷数量不准确。   

2、若所加视场方向使得电荷所受电场力方向与重力方向相同，能否利用本实验的理论思想和方法测得电子电荷e？  

答：若所加视场方向使得电荷所受电场力方向与重力方向相同，也能利用本实验的理论思想和方法测得电子电荷e，不过只能用动态法测量，并且要修改相应受力关系式。

实验原始数据记录：

   油的密度 p=981kg/m3    

重力加速度 g=9.80m/s2

   空气的粘滞系数 n=1.83*10-5 kg/(m*s)

   油滴匀速下降的距离取 l=2.00*10-3m

   修正常数 b=8.22*10-3m*pa    

大气压强 P=1.013*105pa

平行极板距离 d=5.00*10-3m

代入以上数据可得  

油滴编号

    油滴

编号

数据

   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，在油的喷射分散过程中，摩擦作用使得油滴带电，设油滴的质量为m，所带的电量为q，两极板间的电压为U，调节U，可使油滴静止在某一位置，忽略空气对油滴的浮力作用，则在平衡状态下有，即 ……其中m是一个微观量，无法从实验直接测量，需要采用特殊的方法间接测量：撤除平行板间的电压，油滴在重力作用下加速降落，随即便有空气的黏性阻力Fr作用在油滴上，重力与黏性阻力合作用的结果使得油滴很快达到以恒定速度v下落，粘滞阻力fr与重力mg平衡，即fr=6πrηv=mg……式中η是空气的黏滞系数，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，则   ……

故由得：          ……

密立根在当年的实验中发现，斯托克斯公式fr=6π rηv应用于非常小的油滴时，应该对黏滞系数η进行一个除以    的修正，其中b为修正常数，b=8.22×10-3m·Pa；p为大气压强，单位为Pa，式中速度v可通过测量在平行板电压为零的状态下，油滴匀速下降的距离l和相应的时间t得到 v=l/t        ……

将式代入④式并考虑η的修正得   ……⑥

本实验中油的密度ρ=9.81Kg·m-3，重力加速度g=9.80m/s2

空气的黏滞系数η=1.83×10-5Kg·m-1·s-1，油滴匀速下降的距离l=2.0×10-3m    

修正常数b=8.22×10-3m·Pa，大气压强p=1.013×105Pa

平行板间距离d=5.0×10-3m

代入⑥式得  

二、实验步骤

1、调整仪器：将仪器放平，调节仪器底部左右两只调平螺丝，使仪器水平。仪器预热十分钟，将油从油雾室旁的喷雾口喷入（喷一次即可），微调测量显微镜的调焦手轮，使视场中出现大量清晰的油滴。

2、练习测量：练习控制油滴，在平行极板上加上平衡电压（约250V），工作电压选择开关置（平衡）挡，驱走不需要的练习控制油滴，直到剩下几颗缓慢运动的油滴为止。注视其中的某一颗油滴，仔细调节平衡电压，使这颗油滴静止不动。然后去掉平衡电压，让它自由下降，下降一段距离后再加上“提升”电压，使油滴上升。如此反复多次地进行练习，以掌握控制油滴的方法。

练习测量油滴运行的时间，任意选择几颗运动速度快慢不同的油滴，用计时器测出它们下降一段距离所需要的时间，或者加上一定的电压，测出它们上升一段距离所需要的时间，如此反复多练习几次。

3. 正式测量：在视场分划板的部分选定测量的一段距离l，对同一颗油滴应进行6次测量，而且每次测量都要重新调整平衡电压。用同样方法分别对6颗油滴进行测量。

4. 数据处理

本实验中    。

为了证明电荷的不连续性，并得到基本电荷值e，应对实验测得的各油滴的电量q求最大公约数，即基本电荷值e。本次实验采用倒过来验证的办法进行数据处理，即用公认的电子电荷值e = 1.60×10-19C去除以实验测得的电量q，得到一个接近于某个整数的数值，这个整数就是油滴所带的基本电荷的数目n。再用这个n去除以实验测得的电量，即电子电荷值e。

三、实验数据及分析

油滴编号

    油滴

编号

数据

1、试验中，有时油滴有漂移现象，例如油滴做定向漂移或作乱漂移，试分别分析其产生的原因和解决的方法。

答：①水准泡是用来检查油滴盒电极板水平的，使用久后，油滴漂移可能与水准泡是否松动有关。

②检查上极板和绝缘环有没有放平整，有没有翘起来，否则油滴所受的电力场和重力不在同一条直线上，油滴就要漂移。

③检查石英玻璃窗有没有掉下来，空气通过观察孔对流，从而使油滴漂移。

2、甲乙两同学都用倒过来验证的方法处理数据，甲同学跟踪测定一个油滴得到的数据是，乙同学跟踪测定一个油滴得到的数据是， 比更接近电子电荷的公认值e，乙同学认为他选择的油滴比甲同学的油滴更加合适一些，你的观点如何？

  答：我认为甲同学的测定更加精准一些，本实验要求需取整的数应无限接近于离其最近的整数，这样实验数据误差才更小，从而证明了电荷带电量的不连续性。