平衡电压测量课件

苏州大学物理实验教学中心电磁学实验油 滴 实 验油 滴 实 验苏州大学物理实验教学中心电磁学实验 密立根用了七年时间研究电子电荷，于1910年发表了油滴实验。这个实验首次证实电荷的量子化，测定了电子电荷的正确数值。对物理学的发展起过重要作用。密立根油滴实验方法巧妙，物理学界将密立根油滴实验作为实验物理的典范。密立根由于测定了电子电荷和借助光电效应测量出普朗克常数等项成就，荣获1923年诺贝尔物理学奖。Robert Andrews Millikan【简介】密立根用了七年时间研究电子电荷，于1910年发表了油苏州大学物理实验教学中心电磁学实验1、了解油滴实验的方法和特点2、利用电视显微密立根油滴仪测量电子电荷，验证电荷的不连续性3、了解CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合 器件)、图像传感器的原理与应用，学习电视 显微测量方法【实验目的】1、了解油滴实验的方法和特点【实验目的】苏州大学物理实验教学中心电磁学实验 质量m,带电量为q的油滴，在两块加有电压V 的平行极板之间受两个力的作用（如图）。若调节极板间的电压V,使两力达到平衡，这时 式中d为两极板之间的距离。dqEmgV【实验原理】质量m,带电量为q的油滴，在两块加有电压V 的平行极苏州大学物理实验教学中心电磁学实验 平行极板不加电压时，油滴受重力作用而加速下降。由于空气阻力的作用，下降一段距离后，将以均匀速度vg下降，这时重力与阻力平衡（空气浮力忽略不计），根据斯托克斯定律：式中是空气的粘滞系数，a 是油滴半径(106m)。【实验原理】平行极板不加电压时，油滴受重力作用而加速下降。由于空苏州大学物理实验教学中心电磁学实验对半径小到106m 的小球，空气的粘滞系数应作如下修正：式中常数b=6.1710-6mcmHg，P为大气压强，这时 这时斯托克斯定律应为:【实验原理】对半径小到106m 的小球，空气的粘滞系数应作如下修正：苏州大学物理实验教学中心电磁学实验 当电压V=0时，设油滴在平行极板间做匀速下降的距离为l，时间为t，则 为了求电子电荷e，对实验测得的多个油滴的电荷q求最大公约数，得到基元电荷值，也就是电子电荷e。上式即为静态法测油滴电荷的公式。【实验原理】当电压V=0时，设油滴在平行极板间做匀速下降的距离为l苏州大学物理实验教学中心电磁学实验【实验仪器】1、密立根油滴仪极性极性：选择电极间电场方向，可选“+”或“-”，实验时保持不变。平衡平衡：通常置于中间，扳向身边开始计时，回到中间计时结束。推向前面可使油滴向上运动。联动联动：扳向身边，保持计时器与平衡开关联动状态。计时停计时停：当不需要计时而正在计时，可按此按钮使计时器停止，无需清零。平衡电压平衡电压：调节此旋钮可改变电极之间的电压。【实验仪器】1、密立根油滴仪极性：选择电极间电场方向，可选“苏州大学物理实验教学中心电磁学实验【实验仪器】2、电视显示器 显示器屏幕上的线条是油滴仪中电极之间的空间坐标，不同水平线即为电极之间不同高度位置，每两条水平线之间的空间距离为0.25mm，屏幕右上角分别为测量电极之间电压的电压表和记录油滴下落时间的计时器。【实验仪器】2、电视显示器 显示器屏幕上的线条是油滴仪苏州大学物理实验教学中心电磁学实验【实验仪器】3、喷雾器及钟油 喷雾器使用时油滴出口处对准油雾室边上的孔，用力用力挤压喷雾器的橡皮气囊，通常喷射三至四下即可找到合适的油滴。【实验仪器】3、喷雾器及钟油 喷雾器使用时油滴出口处对苏州大学物理实验教学中心电磁学实验【实验仪器】4、喷雾器及喷雾器杯子 喷雾器使用时或闲置时必须保持油滴出口处始终朝上,不得横在桌上或倒置在杯中,以防止油直接流出来。使用过程中要轻拿轻放，避免碰碎喷雾器。【实验仪器】4、喷雾器及喷雾器杯子 喷雾器使用时或闲置苏州大学物理实验教学中心电磁学实验【实验内容】1、油滴仪水平调节 调节油滴仪底座的三个支撑螺丝，使油滴仪上水平仪的气泡移到中心。【实验内容】1、油滴仪水平调节 调节油滴仪底座的三个支苏州大学物理实验教学中心电磁学实验【实验内容】2、寻找合适油滴 调节平衡电压初始值为200伏左右，平衡开关置于中间。打开油雾室开关，使油雾室中心向下通道畅通。将喷雾器对准油雾室边上的孔喷射油滴，连喷三到四次，调节显微镜手轮，在屏幕上找到适当明亮并移动缓慢的油滴。【实验内容】2、寻找合适油滴 调节平衡电压初始值为20苏州大学物理实验教学中心电磁学实验 平衡电压初测平衡电压初测：调节平衡电压使油滴保持基本静止，观察平衡电压值，该电压应在100V300V之间。下落时间初测下落时间初测：计时器应处于停止状态，继续调节电压使油滴移到坐标上面的第二条水平线上(起跑线)，将平衡开关从中间扳向身边，此时极板上电压为零，计时器开始计时，油滴即以匀速(经极短暂的加速过程)向下运动。油滴运动至坐标下面倒数第二条水平线上(终点线)时将平衡开关回到中间，电压恢复运动前的平衡电压，油滴停止运动，计时器停止计时，此时计时器的记录值应在415秒之间。如记录到的平衡电压和下落时间超出规定范围，则放弃该油滴，重新寻找新的油滴进行测量。【实验内容】2、初步测量 平衡电压初测：调节平衡电压使油滴保持基本静止，苏州大学物理实验教学中心电磁学实验【实验内容】3、正式测量 找到合适油滴后关闭油雾室开关，以免外部气流影响被测油滴的运动。平衡电压测量：平衡电压测量：首先调节平衡电压，使油滴保持静止，观察一段时间油滴不再上下移动，记录此时电压即为平衡电压。下落时间测量下落时间测量：按照前页介绍方法，测出油滴从起跑线移动到终点线（6格，1.5mm)所用时间，即下落时间。将平衡开关推向前面，油滴向上运动，到达上面时平衡开关回到中间，油滴停止移动，重新测量平衡电压。调节平衡电压旋钮使油滴移到起跑线上，再次测量下落时间。对每颗油滴反复测量5次，并测量3颗不同油滴。【实验内容】3、正式测量 找到合适油滴后关闭油雾室开关苏州大学物理实验教学中心电磁学实验 其中q是油滴的带电量，n是油滴带电子数量，e是电子电量。【数据记录及处理】第一第一颗油滴油滴第二第二颗油滴油滴第三第三颗油滴油滴平衡平衡电压U/V下落下落时间t/S平衡平衡电压U/V下落下落时间t/S平衡平衡电压U/V下落下落时间t/S12345q/Cne/C /C误差差:%其中q是油滴的带电量，n是油滴带电子数量，e是电子电苏州大学物理实验教学中心电磁学实验【数据记录及处理】实验条件及实验参数钟油密度（20）981kgm-3重力加速度g9.79ms-2空气粘度（20）1.8310-5kgm-1s-1空气粘度修正系数b6.1710-6mcmHg标准大气压p76.0cmHg油滴下降距离l1.510-3m平行极板间距d5.0010-3m电子电量公认值e1.6010-19C1cmHg=1.3103Pa 将测出的平衡电压和下落时间输入到计算机中，用数据处理软件进行处理，并将处理结果抄写到上页表格中。【数据记录及处理】实验条件及实验参数钟油密度（20）98苏州大学物理实验教学中心电磁学实验1、油滴仪通电情况下不得触及平行电极，避免发生电击。2、每次重复测量时都要重新测量平衡电压。3、实验前必须调节水准泡。4、喷雾器在喷油或存放时都应保持出油口朝上，对喷雾器要轻拿轻放。油滴实验 注意事项1、油滴仪通电情况下不得触及平行电极，避免发生电击。油滴实验