密立根油滴实验

密立根油滴实验实验简介实验目的实验仪器实验原理实验内容数据处理注意事项实验简介由美国著名实验物理学家密立根（R.A.Milikan)首先设计并完成的密立根油滴实验，在近代物理学的发展史上是一个十分重要的实验。它证明了任何带电体所带电荷都是基本电荷的整数倍；明确了电荷的不连续性；并精确地测定了基本电荷的数值。实验目的测定电子的电荷值，并验证电荷量的不连续性。通过对仪器的调整、油滴的选择、跟踪、测量以及数据的处理等，培养学生严肃认真和一丝不苟的科学实验方法和态度。实验仪器密立根油滴仪（平行极板、调平装置、照明装置、显微镜）摄像器件CCD监视屏电源计时器喷雾器实验油实验仪器左图是密立根在1909年发明的油滴实验装置。实验仪器电压显示实验仪器CCD工作原理及其应用简介CCD（ChargeCoupledDevices)电荷耦合器件是70年代初发展起来的新型半导体器件。20多年来对CCD的研究取得了惊人的进展，特别是在图像传感方面，发展尤为迅速，已成为现代测量技术中最活跃、最富成果的新技术之一。形成能贮存载流子的势阱。用光或电注入的方法，将代表信号的载流子引入势阱，再通过时钟脉冲有规则的变化，使电极下面的势阱深度作相应的变化，从而使注入势阱的载流子在半导体内作定向运动。这些载流子即代表了电信号或光信号。当载流子从器件的一端运动到另一端时，通过输出电路，将信号输出。其输出方式见下图。实验仪器CCD的基本工作原理是在一系列MOS电容器的电极上，加以适当的电钟脉冲电压，使在半导体内CCDG0输出栅DCBG2BG1ΦRURBUBOCCD信号电荷输出方式实验仪器CCD输出信号有两大特点：能输出与光像位置一一对应的时序列信号；能输出各个脉冲彼此独立相间的模拟信号。这些特点决定了CCD可与计算机结合，可以广泛地应用于自动控制和在线自动测量。尤其适用于图像识别技术。实验仪器用于摄像或像敏的CCD，称电荷耦合摄像器件，简称ICCD（IconscopeCCD)，它的功能是将二维光学图像信号转变成一维图像信号输出。ICCD作为光学传感器已获得了广泛应用。它不仅体积小，重量轻，功耗低，且由于它取消了光学扫描系统或电子束扫描，所以在很大程度上降低了再生图像的失真。CCD在实验教学中已得到广泛应用。例如，利用CCD器件，可以将密立根油滴清晰明亮地显示于监视屏上；对分光计实验，可将分光计望远镜中所见，全部清晰明亮地显示于监视屏上，便于教学。实验仪器实验原理用喷雾器将油喷入两块相距为d的水平放置的平行极板之间，油滴在喷雾时由于摩檫，一般都是带电的。设油滴的质量为m，所带的电荷为q，两极板间的电压为U，则油滴在两极板间同时受到重力mg和静电力qU的作用，如右图。实验原理如果调节两极板间的电压U，可使两力达到平衡，这时mg=qE=qU/d为了测定油滴所带电荷q，除了测定U、d外，还要测出油滴的质量m，因m很小，可通过油滴下落时的速度v测出，速度v可通过油滴在t的时间内匀速下落距离l来测定，根据理论推导可得实验原理Udpabtlgneq231218通过测定平衡电压U及油滴在不加电场时匀速下落四小格所用的时间t，即可算出其所带电量q，从而推出电子电荷e。实验内容仪器调节调节左右两只调平螺丝，使水准仪水泡居中。这样，平行极板处于水平位置，电场方向与重力方向平行。调节监视器的辉度和对比度，使屏幕上能看清楚分划板。实验内容降而消失，选择一个因加电压而运动缓慢的油滴。仔细调节平衡电压使它平衡。利用升降电压使它上升，然后将所有电压都去掉，让它自由下落。如此反复练习，掌握控制和观察油滴的方法。练习测量练习控制油滴：平行极板加上约300V左右的平衡电压（“+”或“-”随意），可见很多油滴升实验内容练习测量运动时间：利用平衡电压和升降电压，使油滴到分划板的最上方（下方），去掉电压，让其下落一小格后，开始计时，记录运动四小格所用时间t。练习选择油滴：选择一个大小适当，带电量适中的油滴，是本实验的关键所在。实验中，通常应选择平衡电压为200—300V，匀速下落四小格的时间在20S左右的油滴最适宜。正式测量本实验要测量的量只有两个：平衡电压U和时间t测量平衡电压必须仔细调节，而且应将油滴悬于分划板上某条横线附近，以便于准确判断。实验中要求测5个油滴，每个油滴测5次。实验内容数据处理每一个油滴测5次，先算出每次的电量qi，总共5个qi求出其平均电量q，然后除以电子电量e，得到每一个油滴所对应的电子电荷ei；最后求出5个电子电荷的平均值e。将e与电子电荷的公认值进行比较，算出相对误差。注意事项喷雾时喷雾器应竖拿，食指赌住气孔，对准油雾室的喷雾口，轻轻喷入少许即可。注意跟踪油滴，随时调节显微镜镜筒；不断校准平衡电压，发现平衡电压有明显改变，则应放弃测量，或作为一颗新油滴重新测量。