质谱仪测定带电粒子的质量仪器——密立根油滴仪课件.ppt

2023/3/17,1,第五讲 质量,大学物理专题讲座,主讲人 冯杰,2023/3/17,2,第五讲 质量一、质量的定义方法和测量方法(见第三讲)二、质量的物理意义,1、物体含物质的多少,牛顿最初的定义：“物质的量是用它的密度和体积 一起来量度的”。,初中教科书：物体中含有物质的多少。“质量不随物体的形状、状态、温度和位置的改变而改变（这一说法并不准确），是物体的固有属性”。,2、质量表示物体的惯性,质量是描述物质固有属性的物理量高中教科书；物体具有保持原有运动状态的属性惯性；是物体运动状态变化时所显示的阻抗能力（惯性）牛顿第二定律。,牛顿最初对力的定义：,当时无法解释；认定m 是平动惯性大小的量度。,2023/3/17,3,3、质量表示物体之间引力大小的量度,物体具有产生引力作用和感受引力作用的属性 牛顿17世纪的发现,和 就是物体产生并感受引力的量度；牛顿没有引力场的思想 超距观点。,4、惯性质量与引力质量之间的关系,惯性质量,设地球表面某处一物体，如果忽略地球的自转效应，它们之间的万有引力作用为,引力质量,设此物体，在 的作用下产生的加速度为：，则,式中 即为该物体的引力质量。,式中 即为该物体的惯性质量。,引力质量与惯性质量的关系,设同样条件下有另一物体，类似可得,2023/3/17,4,实验事实：在地球表面同一地点的重力加速度都是相等的，,因此有：,5、等效原理,爱因斯坦的理想实验：运动电梯；加速场效应可以抵消引力场效应；,广义相对论的实验基础,惯性质量加速度（加速场强度）引力质量引力场强度,即：,2023/3/17,5,6、物体质量随其速度的变化,等效原理的动力学机制目前仍然不清楚，定性的解释为：惯性质量和引力质量可能是物质同一属性在不同场合下的表现。,实验测量 的精度，目前为 量级。,牛顿的绝对时空观牛顿的超距观点,质量与物体的运动状态无关 低速下与实验相符。,相对论时空观,7、质能守恒是近代物理学的基石之一,相对论力学之前人们一直认为：质量守恒与能量守恒是 两条彼此独立 的定律,相对论力学中,2023/3/17,6,整理得，,相对论力学新的概念：物体的静能,相对论力学揭示的普适关系：质能守恒物体能量的变化必然伴随其质量的变化，反之亦然。,核反应：质量亏损的理论解释；核能利用的理论依据。,应当注意,不是由 决定能量，而是由 决定，是基本的。,光子质量的定义。光子的能量 是人为规定的；,即：,质量与粒子的波动性相联系：,2023/3/17,7,方法一：物理天平,仪器,原理,方法二：牛顿第二定律,仪器验证牛顿定律的整套仪器,原理,方法三：利用物体的碰撞 动量守恒定律,仪器气垫导轨整套仪器,原理：由,三、质量测量十种方法,2023/3/17,8,得,方法四：利用弹簧秤和单摆,仪器弹簧秤和单摆,原理：利用弹簧秤测物体的重量,利用单摆测当地的重力加速度,得,2023/3/17,9,方法五：运用万有引力定律测算天体的质量,仪器弹簧秤和单摆,原理：利用弹簧秤测物体的重量,利用单摆测当地的重力加速度,得,2023/3/17,10,方法六：运用“电流天平安培秤”测物体的质量,仪器电流天平、安培表、学生电源,原理：电流天平安培秤测物体的重量,得,两个固定线圈C1 和 C2，一个活动 线圈CM，通以相同的恒定电流,安培秤,2023/3/17,11,方法七：利用匀强电场测定带电粒子的质量,仪器密立根油滴实验仪,原理：（1）带电的固体微粒所受电场力,得,（2）将带电固体微粒改为 喷入的油滴即为密立 根油滴实验,密立根油滴实验原理,2023/3/17,12,方法八：利用电场和磁场（质谱仪）测定带电粒子的质量,仪器密立根油滴实验仪、质谱仪,原理：电场对带电粒子所做的 功与其动能的关系为,得,代入,得,质谱仪原理,2023/3/17,13,方法九：利用克拉柏龙方程测定气体的质量,仪器 气体定律实验仪,原理：（1）由克拉柏龙方程,得,即,（2）如果知道带测气体分子的个数N，则可测气体分子的质量,2023/3/17,14,方法十：利用油膜法测定气体分子的质量,仪器,原理：用油膜法估测分子的大小,浅盘（边长40cm左右、深度约3m）；玻璃板（比浅盘略大）；油酸酒精溶液（浓度的体积分数为1/200或1/500）；带针头的 注射器；量杯；水彩笔；痱子粉；滴管；石膏粉；等,由气体的密度公式,得气体分子的质量,油膜层,浮在水面上的痱子粉,2023/3/17,15,守恒律中的质量与能量的概念演变及其地位互换,END-5,参考书目1、倪光炯 李洪芳 近代物理 上海科技出版社2、漆安慎 杜婵英 力学 高等教育出版社3、普通物理教学手册 北京师范大学出版社,问题与讨论,