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1、密利根油滴实验报告 密利根油滴实验 实验目的 1. 通过对带电油滴在重力场和静电场中的运动进行测量，验证电荷的量子性和测定电子电荷。 2. 学习密利根油滴实验精湛的思想和方法 实验原理 本次油滴实验运用平衡测量法。 首先利用喷雾器将雾状油滴喷入两块相距 d 的平衡板间，平行板带电压 V，使油滴在电场中受到电场力的影响运动。选择其中一个油滴，调整电压使其处于稳定状态，此时油滴受到重力和电场力。有 1) 同样，油滴在空气中受到的空气粘滞力有 2) 设油滴密度为，油滴的质量有 3) 联立 2，3 式，得到 4) 2 式是由 Stokes 定律得来，但 Stokes 定律是以连续介质为前提。由于实验中
2、的油滴半径极小，丌能将空气看做连续介质，因此，空气粘滞系数应做修正： 5) 联立以上 3,4,5 式，其中 b=8.2310-3Pam g=9.80ms-2 P=101.325Pa d=5.0010-3m l=2.0010-3m 得到 6) ( ) 用 q 除以 e，可以得到油滴元电荷的数量 n，若 n 接近整数，则为可用数据，e 即为我们要求的电子电量 e。 实验步骤 1. 寻找合适的油滴 调整极板间电压为 200V 左右，利用喷雾器将大量油滴喷射到极板间，大部分油滴均以一定速度向两极板移动，质量较大或较小的移动速度相比同电荷量的要快些。过一段时间后，监视器里的油滴已经非常少了，选择其中最稳
3、定的油滴，调整电压，使该油滴在电压下静止，满足 1）式。记录此时极板间电压 V。 2. 测量相关数据 略微升高电压，使油滴在高于重力的电场力下向上移动至屏幕最上方，恢复电压。再断开极板通电，使极板间无电场，油滴随着重力下降。过程中用秒表记录油滴降到监视器最下边的时间间隔 。 3. 计算 带入 3），6）式，得出油滴的半径和电荷量。 4. 重复实验 选择 20 个丌同的油滴，每个油滴测量 4 组降落 。 5. 绘制丌同油滴半径和电量的散点图 实验数据 0 5 10 15 207.50E-0108.00E-0108.50E-0109.00E-0109.50E-0101.00E-0091.05E-0
4、091.10E-0091.15E-0091.20E-009 G半径 /m编号0 5 10 15 204.00E-0196.00E-0198.00E-0191.00E-0181.20E-0181.40E-0181.60E-018 M电量 /c编号 将电量按由小到大顺序排列 0 5 10 15 204.00E-0196.00E-0198.00E-0191.00E-0181.20E-0181.40E-0181.60E-018 MY Axis TitleX Axis Title 由上图可见，油滴电荷量均分布在某些固定值左右，且每一固定值之间的电荷很少。由此可得出结论，基本电荷是量子化的，即油滴带电量为
5、某一固定值的整数倍。 由图中数据可见，大部分数据虽然有量子化趋势，但是偏离较为严重，得出结论：实验数据较为粗糙。 0 2 4 6 8 10 12 14 161.35E-0111.40E-0111.45E-0111.50E-0111.55E-0111.60E-0111.65E-0111.70E-011Y =1.32883E-11+2.50711E-13 X L Polynomial Fit of 1_L电荷量分布平均值编号 上图是丌同电荷量集中区域不编号的关系，从图中可知，电荷量分布在一个线性区域中，而第七和第九严重偏离直线，误差较大，可以忽略。 测量及计算数据如下： 油滴编号 电压 时间 1
6、时间 2 时间 3 时间 4 平均时间 半径/m 电荷量/c 1 195 21.09 21.06 22.06 22.03 21.56 7.88E-10 6.41E-19 2 164 21.06 20.63 20.71 20.66 20.765 8.19E-10 8.08E-19 3 152 14.79 14.57 14.31 14.55 14.555 1.17E-09 1.52E-18 4 155 17.27 17.31 17.41 17.11 17.275 9.84E-10 1.14E-18 5 166 16.2 16.52 16.19 16.34 16.3125 1.04E-09 1.16
7、E-18 6 190 16.53 16.36 16.44 16.56 16.4725 1.03E-09 1.00E-18 7 310 20.61 20.75 20.81 20.89 20.765 8.19E-10 4.28E-19 8 208 15.63 15.74 16.01 15.79 15.7925 1.08E-09 9.77E-19 9 189 18.7 18.94 19.08 19.08 18.95 8.97E-10 8.09E-19 10 180 17.1 17.56 17.47 17.45 17.395 9.77E-10 9.71E-19 11 213 20.12 20.1 19
8、.98 20.34 20.135 8.44E-10 6.53E-19 12 227 14.89 14.9 15.25 15.11 15.0375 1.13E-09 9.66E-19 13 244 18.52 18.28 18.3 18.37 18.3675 9.26E-10 6.58E-19 14 210 15.57 15.61 15.37 15.49 15.51 1.10E-09 9.95E-19 15 214 20.32 20.17 19.99 19.93 20.1025 8.46E-10 6.52E-19 16 304 16.27 16.25 16.53 16.09 16.285 1.04E-09 6.37E-19 17 243 18.49 18.29 18.37 18.29 18.36 9.26E-10 6.61E-19 18 235 19.09 19.19 20.65 19.19 19.53 8.70E-10 6.21E-19 19 199 21.3 21.25 21.43 21.35 21.3325 7.97E-10 6.39E-19 20 165 20.72 20.56 20.84 20.75 20.7175 8.21E-10 8.06E-19