实实实实实 实实实实实实实 实实实实 实实实 :
Jan 06, 2016
实验三十九
密立根油滴实验
指导教师:陈晓旭指导教师:陈晓旭
一、背景介绍美国物理学家密立根在 1909 年— 1917 年所做的测量微小油滴上带所电荷的工作(即油滴实验),在全世界享负盛名,堪称物理实验的典范。 Millikan 在这一实验工作中花费了近 10 年的心血,而取得了有重大意义的研究成果。
密立根油滴实验的成就 :
(1) 证明电荷的不连续性,所有物体所带电荷都是基本电荷 e 的整数倍(电荷的量子化)。(2) 测量并得到了基本电荷即为电子电荷,其值为 。现公认 e 是基本电荷,对其值的测量测量精度不断提高,目前给出的最好结果为:
正是由于这一实验成就,他荣获了 1923 年诺贝尔物理奖。 八十多年过去了,物理学发生了根本变化,而这个实验又重新站到了实验物理的前列。近年来,根据这一实验的设计思想改进的用磁漂浮方法测量分数电荷的实验,使古老的实验又焕发青春,说明 Millikan 油滴实验富有巨大的生命力。
c-19101.60e
c-191049) 000 .00003(1.6021773e
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,并测定基本电荷的电荷值。2 .通过对实验仪器的调整,油滴的选择、跟踪和测量,以及实验数据处理等。3. 培养学生严谨的科学实验态度。
二 . 实验原理 测量带电物体所带的电量,按油滴作匀速运动或静止两种运动状态分类,有动态测量法和平衡测量法。本实验采用平衡测量法。
密立根油滴仪( ZKY-MLG-5 )、显示器、喷雾器、钟油
实验仪器:
)3(6
)2(
)1(0
0000
0
fvf
vf
rf
mgmggvf
ffmg
1. 动态测量法
油滴在重力场中下降,且不受电场力
)11(1
)11
()/(1)(
29
)10(1
)9()()(2
18
)8()(2
9
)7(3
4
)6(
)5(6
)4(0
23
23
21
)(
][
0
,
0
0
3
0
frf
f
rf
f
e
rvr
evr
tUttprb
s
g
dq
pr
b
U
vvv
gg
dq
g
vr
rm
d
UqqEf
rf
fffmg
ff t
sv
rr t
sv
油滴在电场中上升
2. 平衡测量法
)16(1
111
)15(0
23][
0
pr
btUCq
d
Uqfmg
f
)14(1
11)
11(
1
)13()(2
9
)12()(
)(29
23
21
21
][
][
][
0
0
3
pr
btttUCq
tg
sr
g
sdC
frf
f
对于动态法实验中只需要测 U 、 tf 、 tr
对于平衡测量法实验中只需要测平衡电压 U、下落 s 的时间 tf 。
3. 实验装置
实验步骤:
一、仪器调整:
1 、调节水准仪,使主机放置平稳,打开主机与显示器电源。 2 、设置参数:选择平衡法。
二、测量练习:
1 、熟悉 0V 电压、工作电压、提升电压设置、记时。
2 、选择电量合适的油滴
a 、将工作电压设置为 150V 左右,然后喷油。
b 、调节显微镜焦距,在屏幕上找到油滴。
c 、找出移动速度缓慢的油滴(如迅速下落,说明油滴受电场力向下,迅速上升,说明油滴带电量太大。)。
3 、选择大小合适的油滴
a 、选择下落 1.6mm 高度的时间满足 20-40秒。
三、正式测量:
a 、将油滴移动到某条横线,调整工作电压,观察半分钟,使油滴此位置附近漂移不大,认为此电压为平衡电压 U 。
b 、测出油滴匀速下落 1.6mm 所用时间 tf 。
c 、对同一油滴测量 5次,同时选择不同的 6颗油滴进行测量。
d 、填写表一、表二计算出最后结果。
油滴 次数 U/V tf/s 油滴 次数 U/V tf/s 油滴 次数 U/V tf/s
1
1
2
1
3
1
2 2 2
3 3 3
4 4 4
5 5 5
平均 平均 平均油滴 次数 U/V tf/s 油滴 次数 U/V tf/s 油滴 次数 U/V tf/s
4
1
5
1
6
1
2 2 2
3 3 3
4 4 4
5 5 5
平均 平均 平均
数据记录与处理:用平衡法:共测量 6 个油滴,每个油滴测 5次
数据表 1 :测量元电荷电量原始数据
油滴 1 2 3 4 5 6
n 。n
Cq 1910/
Cei1910/
Ce 1910/
数据表 2 : 数据分析
测量结果和不确定度的分析:
测量结果
uee
euu
eeeu
e
A
ii
A
)(
)16(
)()(
6
1
2
注意事项:
1 、油滴选择
2 、喷油一两次即可,不要喷太多,以免堵塞小孔。
3 、喷雾器使用
下周实验: 313教室实验 8液体表面张力使用 P104页拉脱法还要预习 P27 最小二乘法