密立根油滴实验

嘉应学院物理系普通物理实验学生实验报告实验项目：密立根油滴实验地点：工A303班级：071班姓名：座号：实验时间：2010年3月24日成绩评定教师签名实验预习部分2一、实验目的：1、了解CCD图像传感器的原理与应用，学习电视显微测量方法。2、验证电荷的不连续性及测量基本电荷的电量e。二、实验仪器和用具：密立根油滴仪（带CCD电视显微镜光学系统）、显示屏、秒表、喷雾器、实验油。三、实验原理：实验预习部分3四、实验步骤：1、准备工作：将显示器与密立根油滴仪联接好连线后将电源插头插入实验台的插座上，并开启显示器、密立根油滴仪的电源；在显示器上先出现“0M98BCCD微机密立根油滴仪南京大学025-3613625”等字样，5秒钟后自动进入测量状态，显示出标准分划板刻度线（8×3结构，垂直线视场为2mm，分八格，每格值为0.25mm）及V值、t值。（实验前请参阅CCD微机密立根油滴仪的使用说明书/实验指导书）2、测量练习：练习是顺利做好实验的重要一环，它包括练习控制油滴运动，练习测量油滴运动的时间和练习选择好太小合适的油滴。选择一颗合适的油滴十分重要。大而亮的油滴必然质量大，所带电荷也多，而匀速下降时间则很短，增大了测量误差和给数据处理带来困难。通常选择平衡电压为200~300V,匀速下落1.5mm的时间在8~20s左右的油滴较适宜。喷油后，K2置“平衡”档，调W使极板间的电压为200~300V，注意几颗缓慢运动、较为清晰明亮的油滴（可通过调节CCD显微镜的焦距来达到）。试将K2置于“0V”档，观察各颗油滴下落大概的速度，从中选一颗作为测量对象。对于9英寸显示器，目视油滴直径在0.5~1mm左右的较适宜。过小的油滴观察困难，布朗运动明显，会引起较大的测量误差。判断油滴是否平衡要有足够的耐性。用K2将油滴移至某条刻度线上，仔细调节平衡电压，这样反复操作几次，经一段时间观察油滴确实不再移动才认为是平衡了。测准油滴上升或下降某段距离所需的时间，一是要统一油滴到达刻度线什么位置才认为油滴已踏线，二是眼睛要平视刻度线，不要有夹角。反复练习几次，使测出的各次时间的离散性较小。3、正式测量：实验方法可选用平衡测量法、动态测量法和同一油滴改变电荷法（第三种方法所用的射线源用户自备）。如采用平衡法测量，可将已调平衡的油滴用K2控制键将油滴移到“起跑”线上，然后将K2拨向“0V”，油滴开始匀速下降的同时，按秒表起动开始计时。待油滴到达“终点”线时迅速将K2拨向“平衡”。油滴立即静止，计时也立即停止，将所计的时间记录于下表中。实验中选择8~10颗油滴，对某颗油滴重复5~10次测量。然后将平衡电压V、下落时间t代入相应的公式求出油滴的带电量q、电子电荷e、电荷的量子数n及电子电荷的平均值e。（注意事项：在每次测量时都应检查和调整平衡电压，以减小偶然误差和因油滴挥发而使平衡电压发生变化。用动态法测电荷电量e属选做项目）实验预习部分4五、实验数据记录：实验数据处理六、实验数据处理：实验总结部分七、实验结论与分析及思考题解答1、对实验进行总结及误差分析：总结：通过此次试验，使我基本上学会了CCD图像传感器的原理与应用，学习到了电视显微测量方法。密立根油滴实验清楚地证明了电荷量的不连续性,确定了最小单位电荷的量值,任何电量都是基本电荷的整数倍,这个基本电荷就是电子所带的电荷。误差分析：油滴的选择不够熟练，因为油滴带电量的多少将直接决定它在极板之间运动速度的大小，同时带电量的多少又决定其体积大小。油滴体积太大，带电量就多，下降速度就会越快，测量结果不易准确；油滴体积太小，则布朗运动明显，测量结果同样不易准确。由测量仪器产生的系统误差。2、思考题解答：1、如何判断油滴盒内平行极板是否水平？不水平对实验结果有何影响？答：喷完油滴后，选定一个我们要观测的油滴。此时看油滴是不是竖直线运动，若是竖起运动则证明油滴盒内平行板水平，反之则需要调节平衡。若是不水平，则油滴不是沿着竖起方向运动，这样会加长下落的时间，使测量的结果不准确。2、用CCD成像系统观测油滴比直接从显微镜中观测有何优点？答：CCD成像系统观测油滴比直接从显微镜中观测的优点是：我们观测的视野宽广,可以选择的对象更多，找到最适合测量的油滴进行测量。图象鲜明，对于油滴的形状，运动状态清晰可见。观察省力，我们不用像显微镜那么麻烦，观察更加方便，节省实验时间，增加有效位数。