实验报告密立根油滴实验Word文档格式.docx
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由斯托克斯定律,粘滞阻力与物体运动速度成正比。
设油滴以速度匀速下落,则有
(1)
此处为与油滴同体积的空气质量,为比例系数,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,并处在场强为的均匀电场中,设电场力方向与重力方向相反,如图2所示,如果油滴以速度匀速上升,则有
(2)
由式
(1)和
(2)消去,可解出为
(3)
由式(3)可以看出,要测量油滴上携带的电荷,需要分别测出、、、、等物理量。
由喷雾器喷出的小油滴的半径是微米数量级,直接测量其质量也是困难的,为此希望消去,而代之以容易测量的量。
设油与空气的密度分别为、,于是半径为的油滴的视重为
(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。
要求至少测量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
1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升过程中是否发生前后、左右的漂移。
2喷雾器调整
将少量钟表油缓慢的倒入喷雾器的储油腔内,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。
3仪器硬件接口连接
主机接线:
电源线接交流220V/50Hz;
Q9视频输出接监视器视频输入(IN)。
监视器:
输入阻抗开关拨至75(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。
4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:
监视器出现参数设置界面,首先,设置实验方法,然后根据该地的环境适当设置重力加速度、油密度、大气压强、油滴下落距离。
“←”表示左移键、“→”表示为右移键、“+”表示数据设置键。
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、提升按键设置为“平衡”。
⑤CCD成像系统调整
从喷雾口喷入油雾,此时监视器上应该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,直至得到油滴清晰的图像。
6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“0V”,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,立刻按下定时开始键,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)的格线时,立即按下定时结束键,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、提升按键处于“平衡”),此时油滴将停止下落,可以通过确认键将此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升状态分两种情形:
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“提升”,则极板电压将在原平衡电压的基础上再增加200V的电压,用来向上提升油滴。
5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,但一般带的电荷多,下降或提升太快,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。
因此应该选择质量适中而带电不多的油滴。
建议选择平衡电压在150-400V之间、下落时间在20S(当下落距离为2mm时)左右的油滴进行测量。
平衡测量法:
1开启电源,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、提升按键置于“平衡”。
2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)。
3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”标记的格线时,立即按下定时开始键,同时计时器启动,开始记录油滴的下落时间。
4当油滴下落至有距离标记的格线时(例如:
),立即按下定时结束键,同时记时器停止记时(如无人为干预,经过一小段时间后,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。
5将平衡、提升按键置于“提升”,油滴将被向上提升,当回到高于有“0”标记格线时,将平衡、提升键置回平衡状态,使其静止。
6重新调整平衡电压,重复③④⑤,并将数据记录到屏幕上(平衡电压V及下落时间t)。
当达到5次记录后,按确认键,界面的左面出现实验结果。
7重复②③④⑤⑥步,测出油滴的平均电荷量
至少测5个油滴,并根据所测得的平均电荷量求出它们的最大公约数,即为基本电荷值(需要足够的数据统计量)。
根据e的理论值,计算出e的相对误差。
数据记录:
单位×
10-19C
Q1
Q2
Q3
Q4
Q5
1
3.259
4.850
3.118
7.986.
3.227
2
3.185
4.784
3.243
8.023
3.284
3
3.076
4.886
3.247
8.061
3.183
4
3.307
4.902
3.189
7.751
3.207
5
3.208
4.899
3.099
7.985
3.187
平均
4.864
3.179
7.955
3.218
六、数据处理:
验证实验数据:
假定电子的电荷e=×
N1=Q1/e=≈2
N2=Q2/e=≈3
N3=Q3/e=≈2
N4=Q4/e=≈5
N5=Q5/e=≈2
分别用每个油滴所带的电量Q除以其所含有的电子个数并求其平均值
e测=(2+3+2+5+2)×
10-19/5
=×
七、实验结果:
e测=×
10-19C
A=
生物医药创新班张凯翔
学号82