实验密里根油滴实验.docx

1、实验密里根油滴实验【关键字】实验三、实验内容及数据处理：1、实验基本物理量：物理量油滴密度空气粘滞系数重力加速度g修正常数b数值976 kg/m31.83*10-5 kg/(ms)9.8 m/s26.17*10-6 mcmHg物理量大气压强P空气密度(T=30)平行板间距d匀速下降距离L (4格)数值76 cmHg1.128 kg/m35*10-3m1*10-3 m2、实验数据记录：记下一个油滴的平衡电压U，油滴匀速上升一段距离l的下落时间为te=t1，油滴匀速下降一段距离l所需要的时间为tg=t2匀速上升(或下降)5次，共测量4个油滴记录数据如下表：表1 密立根油滴实验数据(U、t)油滴/序

2、数电压U/v时间t/s12345t平均qi(*10-17)/C1.00 63.00 t14.70 4.85 5.13 4.85 4.70 4.85 1.3725t24.70 4.85 5.13 4.85 4.85 4.88 2.00 99.00 t11.11 1.11 1.08 1.13 1.15 1.12 8.2867t21.11 1.13 1.08 1.13 1.15 1.12 3.00 173.00 t11.19 1.14 1.20 1.16 1.18 1.17 4.3737t21.19 1.18 1.20 1.16 1.18 1.18 4.00 82.00 t14.68 4.70 4.

3、61 4.75 4.68 4.68 1.1203t24.68 4.70 4.61 4.75 4.61 4.67 3、实验计算结果：表2 不同的油滴qi对应的不同的nini8651727370qi(*10-16C)0.13730.82870.43740.1120或对q-n进行线性最小二乘法拟合得：得k=a=0.1604*10-18; b= -0.0441*10-18; e=1.6037*10-19(C); 相关系数r =1，说明k,b值可用；Lnn =130385；Lnq =2.0910e-014；Lqq =3.3533e-033；Dete =0.0016。附：实验预习一、实验目的：1、测定电子

4、的电荷值，并验证电荷的不连续性；2、学习和理解密立根利用宏观量测量微观量的巧妙设想与构思。2、实验原理：用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的水平放置的平行板之间。由于喷射时的摩擦，油滴一般带有电量q。当平行板间加有电压V，产生电场E，油滴受电场力作用。调整电压的大小，使油滴所受的电场力与重力相等，油滴将静止地悬浮在极板中间，此时有：或设油滴的密度为，油滴的质量m可用下式表示：。为测量r，去掉平行板间电压。油滴受重力而下降，同时受到空气的黏滞性对油滴所产生的阻力。黏滞力与下降速度成正比，也就是服从斯托克斯定理：。（为空气黏滞系数；r是油滴半径，是油滴下落速度）。设空气的密度为，油滴受重力和空气浮力。

5、当油滴在空气中下降一段距离时，黏滞阻力增大，达到力平衡，油滴开始匀速下降：解出油滴半径：，对于半径小到m的油滴，空气介质不能认为是均匀变化的，因而需将空气的黏滞系数修正为：。（其中b为一修正系数，P为大气压强）于是可得。当平行极板接上电源时，电量为q的油滴处于场强为E的均匀电场中，油滴还受到电场力qE的作用，调节电压极性，使油滴以匀速上升。这时油滴受到四个力作用，即：若以d表示平行板之间的距离，U为平行板电压，则，把。代入，可解得q为：若油滴上升时间为，油滴下落时间为，则，代入上式，得：此即为本实验所用的基本公式。三、实验数据记录：油滴/序数电压U/v时间t/s12345t平均qi/C三、实验

6、内容及数据处理1、实验基本物理量：物理量光速c标准普朗克常量h光源与光电管的距离l数值3.0*108 m/s6.626*10-34 JS50 cm2、手动测量光电管的U-I特性曲线(1)、测量光电管的暗电流：用遮光罩盖住光电管暗箱窗口，将“调零、校准、测量”开关置于“测量”，测量放大器的电压选择置于“直流”，电流调节置10-7，读出-3+3V间若干电压下的相应的电流值，即为光电管暗电流，实验数据记录如下表：表1 U-I实验数据表距离L=50cm;阑孔=5mm(遮光)U/VI/(10-11)AU/VI/(10-11)AU/VI/(10-11)A-3.00-1.50-1.64-0.90-1.520

7、.68-2.50-1.50-1.63-0.80-1.510.85-2.00-1.50-1.62-0.69-1.501.04-1.73-1.50-1.61-0.55-1.451.49-1.72-1.48-1.60-0.47-1.401.51-1.71-1.44-1.59-0.34-1.001.52-1.70-1.39-1.58-0.210.001.52-1.69-1.33-1.57-0.021.001.52-1.68-1.26-1.560.072.001.52-1.67-1.16-1.550.303.001.52-1.66-1.11-1.540.38-1.65-1.00-1.530.54光电管的

8、暗电流U-I特性曲线：图1(2)、绘制不同波长单色光照射时光电管的U-I特性曲线，取下遮光罩换上滤色片，从-3V开始逐步改变光电管阳极电压，记录相应的光电流。记录数据如下：对波长为=365nm的谱线的U、I测量 (距离L=50cm;阑孔=17mm)：表2 U-I实验数据表距离L=50cm;阑孔=17mm;=365nm;U/VI/(10-11)AU/VI/(10-11)A-3.00 -1.50 -1.52 1.49 -2.50 -1.50 -1.51 1.49 -2.00 -1.50 -1.50 1.49 -1.60 -1.50 -1.27 1.51 -1.59 -1.05 -1.00 1.51

9、 -1.58 -0.18 -0.50 1.51 -1.57 0.59 0.00 1.51 -1.56 1.25 1.00 1.51 -1.55 1.49 2.00 1.51 -1.54 1.49 3.00 1.51 -1.53 1.49 波长为=365nm的谱线时的U-I特性曲线：图2对波长为=405nm的谱线的U、I测量 (距离L=50cm;阑孔=17mm)：表3 U-I实验数据表距离L=50cm;阑孔=17mm;=405nm;U/VI/(10-11)AU/VI/(10-11)A-3.00 -1.50 -1.12 0.70 -2.50 -1.50 -1.11 1.10 -2.00 -1.50

10、 -1.10 1.40 -1.50 -1.50 -1.09 1.50 -1.20 -1.50 -1.00 1.51 -1.19 -1.25 -0.95 1.51 -1.18 -1.03 -0.45 1.52 -1.17 -0.75 0.00 1.52 -1.16 -0.33 1.00 1.52 -1.15 -0.06 2.00 1.52 -1.14 0.19 3.00 1.52 -1.13 0.45 波长为=405nm的谱线时的U-I特性曲线：图3对波长为=436nm的谱线的U、I测量 (距离L=50cm;阑孔=17mm)：表4 U-I实验数据表距离L=50cm;阑孔=17mm;=436nm;

11、U/VI/(10-11)AU/VI/(10-11)A-3.00 -1.50 -0.94 1.06 -2.50 -1.50 -0.93 1.43 -2.00 -1.50 -0.92 1.50 -1.50 -1.50 -0.91 1.50 -1.00 -1.50 -0.90 1.50 -0.99 -1.14 -0.40 1.51 -0.98 -0.59 0.00 1.51 -0.97 -0.32 1.00 1.51 -0.96 0.13 2.00 1.51 -0.95 0.70 3.00 1.51 波长为=436nm的谱线时的U-I特性曲线：图4对波长为=546nm的谱线的U、I测量 (距离L=5

12、0cm;阑孔=17mm)：表5 U-I实验数据表距离L=50cm;阑孔=17mm;=546nm;U/VI/(10-11)AU/VI/(10-11)A-3.00 -1.50 -0.55 0.43 -2.50 -1.50 -0.54 1.18 -2.00 -1.50 -0.53 1.39 -1.50 -1.50 -0.52 1.48 -1.00 -1.50 -0.51 1.50 -0.65 -1.50 -0.50 1.50 -0.60 -1.49 -0.40 1.51 -0.59 -1.43 0.00 1.52 -0.58 -1.33 1.00 1.52 -0.57 -1.12 2.00 1.52

13、 -0.56 -0.70 3.00 1.52 波长为=546nm的谱线时的U-I特性曲线：图5对波长为=577nm的谱线的U、I测量 (距离L=50cm;阑孔=17mm)：表6 U-I实验数据表距离L=50cm;阑孔=17mm;=577nm;U/VI/(10-11)AU/VI/(10-11)A-3.00 -1.50 -0.45 1.26 -2.50 -1.50 -0.44 1.33 -2.00 -1.50 -0.43 1.43 -1.50 -1.50 -0.42 1.48 -1.00 -1.50 -0.41 1.49 -0.53 -1.50 -0.35 1.50 -0.52 -1.47 -0.

14、10 1.51 -0.51 -1.41 0.00 1.51 -0.50 -1.32 1.00 1.51 -0.49 -1.03 2.00 1.51 -0.48 -0.72 3.00 1.51 -0.47 0.42 -0.46 1.03 波长为=577nm的谱线时的U-I特性曲线：图6不同波长单色光照射时光电管的U-I特性曲线：图73、由五组实验曲线，分别记录不同波长(频率)下电流开始变化的骤增点，分别确定其遏止电压，记录于下表：表7不同波长(频率)下遏制电压Ue骤增点(距离L=50cm;阑孔=17mm)波长(nm)365.00 405.70 435.80 546.10 577.00 频率(*1

15、014Hz)8.22 7.40 6.88 5.49 5.20 Ue(v)-1.60 -1.20 -1.00 -0.65 -0.53 由，作曲线，求斜率k，即普朗克常量h为：，有：或对进行线性最小二乘法拟合得：有最小二乘法，得，代入，e=1.602*10-19C，求出普朗克常量h为：。h= 0.5348，k= -0.3338，b= 1.2201，U的绝对误差：，的绝对误差为，h的绝对误差为，Lxx =6.5277，Lxy =-2.1793，Lyy =0.7433。所以：h=(5.350.03)10-34 (Js)。附：实验预习一、实验目的：1、通过光电效应实验，了解光的量子性。2、验证爱因斯坦方

16、程，并由此求出普兰克常量h。二、实验原理：当无光照射阴极时，由于阳极A和阴极K是断路，电流计中无电流流过。当有光线照射到阴极K上时，阴极逸出电子形成光电流，光电效应的基本事实是：1、光电流与入射光强成正比加在光电管两端的加速电压U越大，光电流i也越大，可做出光电流i与加速电位差U变化关系的伏安特性曲线。但当电位差增大到一定值后，光电流达到饱和值Im，而饱和的电流强度Im与入射光强度I成正比。当加速电位差为零时，光电流并不为零，而只有U为负值Ue时，光电流才为零。即把光电流刚好为零时的加速电位差Ue称为遏止电压。2、光电子的初动能与光强无关，和入射光频率成正比当U为负值时，光电子从阴极向阳极运动

17、是克服电场力做功。所以光电子的初动能为：。金属中的自由电子吸收一个光子能量后，一部分消耗为逸出功A，另一部分转变为光电子的初动能：，根据能量守恒与转换定理有：由该式看出光电子的初动能与入射光频率有线性关系，而与入射光强度I无关。如果入射光频率低，使光子能量小于电子逸出功时，自由电子不能逸出表面，所以光电效应必定存在红限，即：，。则有：遏止电压Ue是入射光频率的线性函数。当入射光的频率时，截止电压，没有光电子逸出，作图，为一直线，此直线的斜率为：其中e=1.602*10-19C，k为一正的常数。求出曲线的斜率k，即普朗克常量h为：。在实验中影响测量遏止电压准确度的主要因素有：在两种金属相接触的地

18、方有接触电位差存在，光电管的阴极和阳极往往都是用不同材料制成的。在电路中有反向电流和漏电流的存在，由于光电管制作工艺等原因，阳极也会溅射上阴极材料，阳极受光照射，逸出电子，形成反向电流。无光照射时电路中形成电流称漏电流。由于上述原因，实验中测出的伏安特性曲线并不与U轴相切，所以我们在光电管的伏安特性曲线上找出线性变化的始点，该始点所对应的电位差即为遏止电压值。三、实验数据记录1、把暗箱放置在离开光源50cm处，并使光源出射孔对准暗箱窗口，让测量放大器“倍率”置（10-7）。首先，用遮光罩盖住光电管暗箱窗口，读出-3+3V间若干电压下的相应的电流值，即为光电管暗电流；其次，取下遮光罩，分别换上5

19、个滤色片，从-3V开始逐步改变光电管阳极电压，记录相应的光电流。记录数据如下：距离L=50cm;阑孔=5mm(遮光)距离L=50cm;阑孔=17mm;=365nm;距离L=50cm;阑孔=17mm;=405nm;U/VI/(10-11)AU/VI/(10-11)AU/VI/(10-11)A距离L=50cm;阑孔=17mm;=436nm;距离L=50cm;阑孔=17mm;=546nm;距离L=50cm;阑孔=17mm;=577nm;U/VI/(10-11)AU/VI/(10-11)AU/VI/(10-11)A2、绘制不同波长单色光照射时光电管的U-I特性曲线，由五组实验曲线，分别记录不同波长(频

20、率)下电流开始变化的骤增点，分别确定其遏止电压，记录于下表：不同波长(频率)下遏制电压Ue骤增点(距离L=50cm;阑孔=17mm)波长(nm)频率(*1014Hz)Ue(v)三、实验内容及数据处理1、实验基本物理量：物理量VPVG1VF数值13.5v1.94v2.5v2.、手动测量法(1)、调节VG2至最小，扫描开关置于“手动”档，打开主机电源，选取合适的实验条件，预置VP、VG1、VF于适当值，用手动方式逐渐增大VG2，同时观察IP的变化，测量VG2从15v开始，以0.5v为间隔，逐渐增加VG2的大小，测量到VG2=94v，分别从数字表头读取IP和VG2的值，绘制氩的Ip-VG2曲线，实验

21、测量数据如下表所示：表1 Ip-VG2实验数据记录表VG2(v)Ip(nA)VG2(v)Ip(nA)VG2(v)Ip(nA)VG2(v)Ip(nA)150.7235-2.5755-0.475-0.715.50.735.5-2.3555.5-1.2775.51.65160.6936-2.4756-2.23762.8916.50.4436.5-1.5456.5-2.7576.53.62170.2837-0.2857-3.58774.2817.50.837.5-2.0957.5-3.8377.54.5618-0.16383.4758-4.5784.9818.5-0.338.54.6158.5-4.5

22、578.54.8419-0.53395.2759-5.14794.919.5-0.6239.54.7859.5-4.6279.54.420-0.8404.260-4.16804.0520.5-0.8140.52.760.5-2.880.53.3221-0.97411.4961-1.71812.921.5-0.9241.50.4761.5-0.1581.51.9622-1.0842-0.67621.6821.1422.5-142.5-1.4362.52.6382.50.3423-1.1443-2.26633.6783-0.623.5-1.0743.5-2.5263.54.383.5-1.0824-1.244-3.11644.9684-1.8124.5-1.0544.5-3.1664.54.9584.5-2.1225-0.8245-3.68655.0885-2.4625.50.3745.5-3.526