密立根油滴实验.ppt

密立根油滴实验,基本电荷测定,Bobert Andrew Millikan,华东理工大学物理实验中心,一、实验历史背景及意义,1897年汤姆逊发现了电子的存在，一个电子所带的电荷量是现代物理学重要的基本常数之一。,由美国杰出的物理学家密立根首先设计并完成的密立根油滴实验，采用了宏观的力学模式来研究微观世界的量子特性。它证明了带电体所带的电荷都是某一最小电荷的整数倍，明确了电荷的电荷的量子化，并精确地测定了基本电荷e的数值。,实验设计巧妙，将微观测量量转化为宏观量的测量，在近代物理学的发展史上具有里程碑意义。密立根本人也因此荣获1923年诺贝尔物理学奖。,人们用类似的方法测定基本粒子夸克的电量。,1)学习密立根油滴实验的设计思想。2)验证电荷的不连续性，并测定基本电荷值。3)培养学生严谨的科学实验态度。,二、实验目的,三、实验原理,如何测量微观电荷量q？,油滴在极板间同时受到重力mg，电场力qE和空气浮力Ff的作用。平衡时有：,由于表面张力的作用，油滴一般呈小球状。设油滴的密度为，半径为a，则油滴的质量m为：,重力及空气浮力可表示为：,同时，考虑到平行板未加电压时，油滴在重力作用下降落时，受到空气对油滴的粘滞力作用。,当空气的粘滞力、浮力和油滴的重力平衡时，油滴作匀速运动,其中,P229,由此，对油滴所带电荷量q的测量，最终通过力F这个物理量作为桥梁，转化为对油滴运动的位移l和所需时间tg的测量。,当平行板电压为零时，油滴作匀速运动的速度,有以上公式最后可得：,密立根对实验的改进,q,基本电荷e的计算,为了证明电荷的不连续性和所有电荷都是基本电荷e的整数倍，并得到基本电荷e值，我们可用“倒过来验证”的办法进行数据处理，即用公认的电子电荷值e1.60210-19C去除实验测得的电荷量q，得到一个接近与某一个整数的数值，这个整数就是油滴所带的基本电荷的数目n，再用这个n去除实验测得的电荷量q，即得电子的电荷值e。,3.实验内容,五、实验内容：用静态（平衡）法测定电子的电荷,1、熟悉仪器的使用2、调整仪器 3、练习控制油滴4、练习选择油滴5、对同一油滴进行1012次测量,1）调整仪器,水平调节：调节水平螺丝，使水准泡指示水平，极板处于水平位置，电场方向与重力平行。,打开电源开关，使仪器予热10分钟,将专用油从喷雾口喷入（只喷一次少量即可），从监视屏上可看到大量的油滴。,2）控制油滴,3）选择合适的油滴,测量两个量，平衡电压U和油滴匀速下降距离l所需要的时间tg。,1）测量平衡电压必须经过仔细的调节，将油滴置于分划板上某条横线附近，判断是否平衡。2）l一般取0.2cm比较合适。3）对同一颗油滴应进行10-12次测量，每次测量都要 重新调整平衡电压。,4）测量,六、数据处理与分析,用“倒证法”计算电荷电量,七、注意事项,1）调整仪器时，如果打开有机玻璃油雾室，必须将平衡电压反向开关置“0”。2）同一颗油滴反复多次测量时，不要丢失油滴。,八、思考题,1）若平行极板不水平，对测量有何影响？2）如何选择合适的油滴进行测量？3）实验上怎样做才能保证油滴做匀速运动？4）怎样判断油滴所带电荷量的改变？,