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《密立根油滴法测量电荷电量实验的一种改进》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、密立根油滴实验的操作改进姓名：朱绍进学号：2010284106班级：物理学（物师）10班摘要:密立根油滴实验是物理学的经典实验之一,至今仍是近代物理实验中的必做实验。本文针对密立根油滴法测量电荷电量的实验中存在误差过大导致实验结果偏差过大的问题,提出一种辅助该实验的软件方案。该方案能够避免过大的误差,同时合理保留精度允许范围的误差量,较为真实可靠的还原整个实验过程。将该软件改进方案引入实验教学,能够在节约成本的同时改善教学效果、提高教学质量。关键词:密立根油滴法;实验;电荷;改进方案引言19世纪末,随着X射线的发现而迅速展开的物理学革命,揭
2、开了现代物理学的序幕,人类从此打开了奇妙的微观世界研究的大门。1897年J1J1Thomson在研究阴极射线的实验中确认了电子的存在。于是,测定电子电荷e就成了当时物理学家面临的重大课题。美国实验物理学家密立根(R1A1Millikan)历经11年时间[1],首次精确地测出了基本电荷的数值为e=(1.5924±0.0017)×10-19C,因而获得1923年的诺贝尔物理学奖[2]。密立根油滴实验设计巧妙,方法简便,设备简单,结果准确,堪称物理实验之典范,尤其是它的设计思想更值得借鉴。近年来[3],根据该实验的设计思想改进的用磁漂浮的方法测量
3、分数电荷,以及用密立根油滴仪同时测量粉尘的粒径和电荷量的实验,引起了人们的普遍关注,说明该实验至今仍富巨大的生命力。重做密立根油滴实验[4],在不断改进测量方法的同时,可以进一步体验前辈物理学家深刻的物理思想和精巧的实验设计。 1897年汤姆生发现了电子的存在后，人们进行了多次尝试，以精确确定它的性质。汤姆生又测量了这种基本粒子的比荷（荷质比），证实了这个比值是唯一的。许多科学家为测量电子的电荷量进行了大量的实验探索工作。电子电荷的精确数值最早是美国科学家密立根于1917年用实验测得的。密立根在前人工作的基础上，进行基本电荷量e的测量，他作
4、了几千次测量，一个油滴要盯住几个小时，可见其艰苦的程度。 密立根通过油滴实验，精确地测定基本电荷量e的过程，是一个不断发现问题并解决问题的过程。为了实现精确测量，他创造了实验所必须的环境条件，例如油滴室的气压和温度的测量和控制。开始他是用水滴作为电量的载体的，由于水滴的蒸发，不能得到满意的结果，后来改用了挥发性小的油滴。最初，由实验数据通过公式计算出的e值随油滴的减小而增大，面对这一情况，密立根经过分析后认为导致这个谬误的原因在于，实验中选用的油滴很小，对它来说，空气已不能看作连续媒质，斯托克斯定律已不适用，因此他通过分析和实验对斯托克斯
5、定律作了修正，得到了合理的结果。密立根的实验装置随着技术的进步而得到了不断的改进，但其实验原理至今仍在当代物理科学研究的前沿发挥着作用，例如，科学家用类似的方法确定出基本粒子──夸克的电量。油滴实验中将微观量测量转化为宏观量测量的巧妙设想和精确构思，以及用比较简单的仪器，测得比较精确而稳定的结果等都是富有启发性的。由于密立根油滴法的精妙设计和重大的意义,因此大学物理实验课中,密立根油滴法测定电子电荷的实验也是学生必做实验之一。现在做密立根油滴法测定电子电荷实验所用的仪器设备比起100年前的密立根所用设备有了非常大的改进。学生用专用实验仪器在
6、做该实验时只需要找到合适的油滴,并进行简单的按键操作就可以完成基本的测量。经过测量,实验仪器会自动给出油滴所带的电荷数。然后,学生通过计算就可以测定电子所带的电荷数。然而,由于实验仪器本身的原因和学生的操作误差,常常导致实验结果测量到的电子电荷数和电子电荷理论值相距甚远,大大超出可接受的范围。基于这种实验课程中的实际情况,本文提出了一种对密立根油滴法测定电子电荷实验的改进方案。一密立根油滴法实验原理密立根油滴实验有两种基本的方法,即动态法和静态平衡法。这两种方法都是从观察和测量带电油滴在电场中的运动规律入手的,运动规律不同导致实验方法有一定
7、区别。为了获得比较精确的测量结果,尽可能把油滴受到的各种作用和修正因素都考虑进去。1动态法当油滴受到的重力、电场力、浮力及粘滞阻力四个力的作用平衡时,作匀速的上升运动,就满足了动态法的测量条件。(1)实验原理当平行极板间未加电压时,油滴受重力、浮力、粘滞阻力三个力作用,平衡时F重-F浮=F粘在平行极板间加电压,油滴受重力、浮力、电场力及粘滞阻力四个力作用,平衡时。2静态平衡法当油滴在重力、电场力、浮力三个力的作用下静止时,就满足了静态平衡法的测量条件。(1)实验原理当平行极板间未加电压时,油滴的受力情况与311节(1)中未加电压时相同。当给
8、平行极板加上电压时,调节电压使油滴静止,这时油滴同时受到重力、浮力、电场力三个力作用,其关系为：F重-F浮=F电在介绍改进方案之前,再介绍下密立根油滴法[5]。实验中，用喷雾器将
