CCD显微密立根油滴仪

姓名：？？班级：？？学号：？？实验日期：？年？月？日同组成员：？？课程名称：近代物理实验实验题目：CCD显微密立根油滴仪实验仪器：主机、CCD成像系统、油滴盒、监视器和喷雾器一、实验目的与要求：1.学习用油滴实验测量电子电荷的原理和方法。2.验证电荷的不连续性。3.测量电子的电荷量。4.了解CCD摄像机、光学系统的成像原理及视频信号处理技术的工程应用等。5.训练学生在实验过程中严谨的态度、实事求是的作风。二、实验原理、原理图、线路图：密立根油滴实验测量基本电荷的基本设计思想是使带电油滴在两金属极板之间处于受力平衡状态。按运动方式分类，可分为平衡法和动态法。平衡法平衡测量法的出发点是使油滴在均匀电场中静止在某一位置，或在重力场中作匀速运动。当油滴在电场中平衡时，油滴在两极板间受到的电场力qE、重力m1g和浮力m2g达到平衡，从而静止在某一位置，即gmmqE)(21油滴在重力场中作匀速运动时，情形同动态测量法，将式（4）、（8）和（9）代入式（11）并注意到1/tr=0，则有323132212()11192()1fsqdbgUtpr（12）元电荷的测量方法测量油滴上所带电荷量q的目的是找出电荷的最小单位e。为此可以对不同的油滴，分别测出其所带的电荷值qi，它们应近似为元电荷的整数倍。油滴电荷量的最大公约数，或油滴带电量之差的最大公约数，即为元电荷e。iiqne（in为整数）（13）也可用作图法求e值，根据式（13），e为直线方程的斜率，通过拟合直线即可求的e值。我们建议实验中选择带1-5个电子的油滴（具体的选择方法会在后面提到），若油滴所带的电子过多，则不好确定该油滴所带的电子个数。三、实验内容、方法步骤与实验记录1.调整仪器①水平调整调整实验仪主机的调平螺钉旋钮(俯视时，顺时针平台降低，逆时针平台升高)，直到水准泡正好处于中心（注：严禁旋动水准泡上的旋钮）。将实验平台调平，使平衡电场方向与重力方向平行以免引起实验误差。极板平面是否水平决定了油滴在下落或提升过程中是否发生左右的漂移。②喷雾器调整将少量钟表油缓慢地倒入喷雾器的储油腔内，使钟表油湮没提油管下方，油不要太多，以免实验过程中不慎将油倾倒至油滴盒内堵塞落油孔。将喷雾器竖起，用手挤压气囊，使得提油管内充满钟表油。③仪器硬件接口连接主机接线：电源线接交流220V/50Hz。监视器：视频线缆输入端接“VIDEO”，另一Q9端接主机“视屏输出”。DC12V适配器电源线接220V/50Hz交流电压。前面板调整旋钮自左至右依次为显示开关、返回键、方向键、菜单键（建议亮度调整为20、对比度调整为100）。④实验仪联机使用a、打开实验仪电源及监视器电源，监视器出现仪器名称及研制公司界面。b、按主机上任意键：监视器出现参数设置界面，首先，设置实验方法，然后根据该地的环境适当设置重力加速度、油密度、大气压强、油滴下落距离。“←”表示左移键、“→”表示为右移键、“+”表示数据设置键。c、按确认键后出现实验界面：计时“开始/结束”键为结束、“0V/工作”键为0V、“平衡/提升”键为“平衡”。⑤、CCD成像系统调整打开进油量开关，从喷雾口喷入油雾，此时监视器上应该出现大量运动油滴的像。若没有看到油滴的像，则需调整调焦旋钮或检查喷雾器是否有油雾喷出。2.正式测量实验可选用平衡法（推荐）、动态法。实验前仪器必须调水平。平衡法①开启电源，进入实验界面将工作状态按键切换至“工作”，红色指示灯点亮；将“平衡/提升”按键置于“平衡”。②将平衡电压调整为400V左右，通过喷雾口向油滴盒内喷入油雾，此时监视器上将出现大量运动的油滴。选取合适的油滴，仔细调整平衡电压U，使其平衡在起始（最上面）格线上。③将“0V/工作”状态按键切换至“0V”，此时油滴开始下落，当油滴下落到有“0”标记的格线时，立即按下计时开始键，同时计时器启动，开始记录油滴的下落时间t。④当油滴下落至有距离标记的格线时（例如：1.6），立即按下计时结束键，同时计时器停止计时，油滴立即静止，“0V/工作”按键自动切换至“工作”。通过“确认”按键将这次测量的“平衡电压和匀速下落时间”结果同时记录在监视器屏幕上。⑤将“平衡/提升”按键置于“提升”，油滴将向上运动，当回到高于有“0”标记格线时，将“平衡/提升”键切换至平衡状态，油滴停止上升，重新调整平衡电压。（注意：如果此处的平衡电压发生了突变，则该油滴得到或失去了电子。这次测量不能作数，从步骤②开始重新找油滴。）⑥重复③④⑤，并将数据（平衡电压V及下落时间t）记录到屏幕上。当5次测量完成后，按“确认”键，系统将计算5次测量的平均平衡电压U和平均匀速下落时间t，并根据这两个参数自动计算并显示出油滴的电荷量q。⑦重复②③④⑤⑥步，共找5颗油滴，并测量每颗油滴的电荷量iq。数据处理计算法：至少测量5颗油滴，记录每颗油滴的电荷量iq，再iqe理论，对商四舍五入取整后得到每颗油滴所带电子个数in；再iiiq=en得到每次测量的基本电荷，再求出n次测量的e，与理论值比较求百分误差及不确定度。n1=1.575/1.602=1e1=1.575/1=1.575n2=17.541/1.602=11e2=17.541/11=1.594n3=15.661/1.602=10e3=15.661/10=1.566n4=4.610/1.602=3e4=4.610/3=1.537n5=14.110/1.602=9e5=14.110/9=1.568e=(e1+e2+e3+e4+e5)/5=1.568