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密立根油滴仪可以测定油滴的电量

 更新时间:2023-02-22 点击量:409
   密立根油滴仪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,并测定电子电荷电量e ;测量悬浮在空气中微粒的布朗运动。
  密立根油滴仪由稳压电源、数字电压表、数字秒表、油雾室、上下电板及显微镜、CCD电子显示系统组成,是一个集光、机、电于一体的仪器,具有综合设计小巧精干,使用方便等特点。
  密立根油滴仪可以测定油滴的电量,并可验证电荷的量子性,即任何带电体所带的电量都是基本电荷的整数倍。密立根油滴仪的设计思想巧妙,其测量油滴电量的方法筒单,而结果却具有不容置疑的说服力。
  一、教学目的
  1. 领会密立根油滴实验的设计思想。
  2. 掌握密立根油滴仪的使用方法。
  3. 运用密立根油滴仪测定油滴的电量,并验证电荷的量子性。
  二、教学要求
  1. 提交符合要求的预习报告;
  2. 实验操作在三小时内完成,操作正确,数据合格;
  3. 写出合格的实验报告。
  三、教学重点和难点
  重点:密立根油滴实验的设计思想;
  密立根油滴仪的使用方法;
  油滴平衡电压及其匀速运动2.00mm所用的时间的测量。
  难点:密立根油滴仪的调节;
  测量显微镜的聚焦;
  油滴匀速运动2.00mm所用的时间的测量。
  四、讲解内容(约15分钟)
  1. 提问:当带电油滴在电场中处于静态平衡时,受到几个力作用?这几个力之间存在什么关系?
  回答:当带电油滴在电场中处于静态平衡时,油滴受到2个力的作用,分别是:重力、电场力。这两个力的大小相等,方向相反,如图1所示。
  mg
  qE
  图1
  qE= mg(1) 式中,q是带电油滴的电量,E是电场强度,m是油滴的质量,g重力加速度。
  2. 提问:密立根油滴仪是如何得出电场强度E的大小?
  回答:在两平行板产生的电场中,电场强度E的大小与平行板之间的电势差U的关系是:
  E= (2)
  式中,d是两平行板之间的距离。因此,只要测出U、d的大小,即可得到电场强度E。
  3. 提问:如何用密立根油滴仪测出带电油滴的质量m?
  回答:因为油滴的质量很小,因而其测量方法如下。当平行板间不加电压时,油滴在重力的作
  用下降落,在降落过程中将受到空气阻力的作用。因而,当下落一定距离后,油滴将匀速运动,
  此时,空气阻力的大小等于重力的大小,即
  mg=6πηrv (3)
  式中,r是油滴的半径,是空气的粘滞系数,v是油滴匀速下降的速度。再根据油滴的质量
  m=4πr3ρ/3 (4)
  及空气粘滞系数的修正式
  η/=η/(1+b/pr) (5)
  可得出油滴的质量表达式
  m=πρ[?]3/2 (6)
  式中,ρ是油滴的密度,b是修正系数,p是大气压强。
  4. 提问:本实验测量油滴所带电量的计算式是什么?
  回答:油滴所带电量的计算式是:
  q=? ()7
  5. 提问:密立根油滴仪的电压表上显示的电压值是哪一个电压的值?
  回答:密立根油滴仪的电压表上显示的电压值是平衡电压的电压值。升降电压的大小可以调节,但其大小不能显示出来。
  6. 提问:密立根油滴仪上的紫外灯的作用是什么?
  回答:紫外灯的作用是改变油滴所带的电量。
  7. 提问:如果分划板没有调节好,对实验结果有无影响?
  回答:如果分划板没有放正,则会影响油滴匀速运动2.00mm所用时间的测量。
  8. 提问:在仪器调节中,使视场中能观察到清晰油滴的关键是什么?
  回答:在本实验测量中,一定要能观察到清晰的油滴。而能观察到清晰油滴的关键是测量显微镜的调焦。
  9. 提问:在调平衡电压的同时,能否加上升降电压?
  回答:在调平衡电压时,不能加上升降电压。平衡电压的作用是:当该电压产生的电场作用于油滴上时,其作用力等于油滴的重力,从而计算出该油滴的电量。如果在调平衡电压时,加上升降电压,则平衡电压产生的电场对油滴的作用力不等于油滴的重力。
  10. 提问:实验中测量油滴匀速运动的时间t时,如何保证油滴作匀速运动?
  回答:实验中测量油滴匀速运动的时间t时,将油滴移至视场的上方,等油滴运动一定距离后才开始计时,这样可保证油滴作匀速运动。
  11. 提问:长时间地监测一颗油滴,由于挥发使油滴质量不断减少,它将影响哪些量的测量?
  回答:长时间地监测一颗油滴,由于挥发将使油滴的质量不断减少,油滴的半径也会减小,因此,与油滴的质量、半径有关的物理量也会发生变化,如油滴的重力及油滴所受到的空气阻力等,这将导至平衡电压的减小、油滴匀速下降2.00mm所用的时间增大。但由于油滴质量的减少同时引起了这两个量的变化,因此,油滴质量的减少对油滴电荷的测定影响不大。
  12. 提问:在选择被测油滴时,希望油滴所带电量多还是少?为什么?
  回答:在选择被测油滴时,希望油滴所带的电量少。当油滴所带电量比较多时,由于在测量过程中存在误差,使得油滴所带的电量与电子的电量之比有可能处于两个整数之间,从而无法判断油滴所带的电量是电子电量的多少倍。(强调将油从喷雾口中喷入时,只喷入一次即可)