密立根油滴试验仪

2020/1/241第五讲质量大学物理专题讲座主讲人冯杰2020/1/242第五讲质量一、质量的定义方法和测量方法(见第三讲)二、质量的物理意义1、物体含物质的多少牛顿最初的定义：“物质的量是用它的密度和体积一起来量度的”。初中教科书：物体中含有物质的多少。“质量不随物体的形状、状态、温度和位置的改变而改变（——这一说法并不准确），是物体的固有属性”。2、质量表示物体的惯性质量是描述物质固有属性的物理量——高中教科书；物体具有保持原有运动状态的属性——惯性；是物体运动状态变化时所显示的阻抗能力（惯性）——牛顿第二定律。dtvdmdtdmvdtvdmdtvmdF)(牛顿最初对力的定义：⑴当时无法解释；⑵认定m是平动惯性大小的量度。dtdmv2020/1/2433、质量表示物体之间引力大小的量度物体具有产生引力作用和感受引力作用的属性——牛顿17世纪的发现221rmmGF①和就是物体产生并感受引力的量度；②牛顿没有引力场的思想——超距观点。4、惯性质量与引力质量之间的关系1m2m惯性质量设地球表面某处一物体，如果忽略地球的自转效应，它们之间的万有引力作用为211RMmGF地引力质量设此物体，在的作用下产生的加速度为：，则1F1a式中即为该物体的引力质量。1m111amF式中即为该物体的惯性质量。1m引力质量与惯性质量的关系设同样条件下有另一物体，类似可得222RMmGF地222amF2020/1/244111amF211RMmGF地2111RGMmma222amF222RMmGF地2222RGMmma实验事实：在地球表面同一地点的重力加速度都是相等的，gaaaN21因此有：NNmmmmmm22115、等效原理爱因斯坦的理想实验：运动电梯；加速场效应可以抵消引力场效应；←广义相对论的实验基础惯性质量×加速度（加速场强度）＝引力质量×引力场强度2RGMg即：2020/1/2456、物体质量随其速度的变化⑴等效原理的动力学机制目前仍然不清楚，定性的解释为：惯性质量和引力质量可能是物质同一属性在不同场合下的表现。惯引mm⑵实验测量的精度，目前为量级。12102201cvmm牛顿的绝对时空观牛顿的超距观点质量与物体的运动状态无关——低速下与实验相符。相对论时空观7、质能守恒是近代物理学的基石之一相对论力学之前人们一直认为：质量守恒与能量守恒是两条彼此独立的定律相对论力学中)211()1(/122021220220cvmcvmcvmm2020/1/2462020221vmcmmc整理得，相对论力学新的概念：物体的静能200cmE相对论力学揭示的普适关系：质能守恒物体能量的变化必然伴随其质量的变化，反之亦然。2mcE核反应：质量亏损的理论解释；核能利用的理论依据。应当注意不是由决定能量，而是由决定，是基本的。mEmEE光子质量的定义。光子的能量是人为规定的；2cEmE42022222)(cmcpmcE即：质量与粒子的波动性相联系：mvhhphE2020/1/247方法一：物理天平●仪器●原理方法二：牛顿第二定律●仪器——验证牛顿定律的整套仪器●原理aFm方法三：利用物体的碰撞——动量守恒定律●仪器——气垫导轨整套仪器●原理：由22112211vmvmvmvm三、质量测量十种方法2020/1/248得112221vvvvmm方法四：利用弹簧秤和单摆●仪器——弹簧秤和单摆●原理：利用弹簧秤测物体的重量G利用单摆测当地的重力加速度224TlglGTaGm224得2020/1/249方法五：运用万有引力定律测算天体的质量●仪器——弹簧秤和单摆●原理：利用弹簧秤测物体的重量G利用单摆测当地的重力加速度224TlglGTaGm224得2020/1/2410方法六：运用“电流天平——安培秤”测物体的质量●仪器——电流天平、安培表、学生电源●原理：电流天平——安培秤测物体的重量IlBmg得★两个固定线圈C1和C2，一个活动线圈CM，通以相同的恒定电流安培秤gIlBm2020/1/2411方法七：利用匀强电场测定带电粒子的质量●仪器——密立根油滴实验仪●原理：（1）带电的固体微粒所受电场力dUqqEFgdqUm得（2）将带电固体微粒改为喷入的油滴即为密立根油滴实验密立根油滴实验原理2020/1/2412方法八：利用电场和磁场（质谱仪）测定带电粒子的质量●仪器——密立根油滴实验仪、质谱仪●原理：电场对带电粒子所做的功与其动能的关系为221mvqUmqUv22得RvmqvB2代入得URqBm222质谱仪原理2020/1/2413方法九：利用克拉柏龙方程测定气体的质量●仪器——气体定律实验仪●原理：（1）由克拉柏龙方程RTMmpVRTpVMm得即（2）如果知道带测气体分子的个数N，则可测气体分子的质量NRTpVMNmmi2020/1/2414方法十：利用油膜法测定气体分子的质量●仪器——●原理：用油膜法估测分子的大小浅盘（边长40cm左右、深度约3m）；玻璃板（比浅盘略大）；油酸酒精溶液（浓度的体积分数为1/200或1/500）；带针头的注射器；量杯；水彩笔；痱子粉；滴管；石膏粉；等由气体的密度公式得气体分子的质量VmV油膜层浮在水面上的痱子粉2020/1/2415守恒律中的质量与能量的概念演变及其地位互换END-5参考书目1、倪光炯李洪芳《近代物理》上海科技出版社2、漆安慎杜婵英《力学》高等教育出版社3、《普通物理教学手册》北京师范大学出版社问题与讨论