会计学1密立根油滴实验密立根油滴实验(shyn)第一页，共23页。实验实验(shyn)介绍介绍密立根(BobertAndrewMillikan)1868年3月22日生于美国伊利诺斯州的莫里森镇他的父亲是镇上的牧师。他生活和工作在一个(y)以物理学最富革命性的发展为其特征的时期，在这段时期建立的许多概念构成了我们今天物理观念的基础。密立根设计了一种研究油滴在电场和重力场作用下运动的方法。这一实验后来被称做油滴实验，比起较早的方法这是一项重大改进(gijn)，用它得到了可靠并且可以重复测量的电子电荷值。密立根令人信服地证明了电荷的不连续性，这对最终建立物质的原子论有着重大的作用。第1页/共22页第二页，共23页。目目录录1. 实验(shyn)原理2. 实验(shyn)仪器3. 实验(shyn)内容4. 实验拓展第2页/共22页第三页，共23页。1. 实验(shyn)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，油在喷射撕裂成油滴时，一般都带上电荷，假如油滴的质量为m，所带的电量为q，两极板间的电压为U。油滴在极板间同时受到重力和电场(dinchng)力两个力的作用。E为两极板间的电场(dinchng)强度。dUUqemgE E第3页/共22页第四页，共23页。mgf1f2此时油滴会静止地悬浮此时油滴会静止地悬浮(xunf)在电场中，并保持平衡。在电场中，并保持平衡。如果(rgu)调节两极板间的电压U可使重力和电场力平衡，则有关系式：平行板不加电压时，油滴在空气中自由下落，下落过程(guchng) 中受三个力的作用：重力mg；空气浮力f1；空气对它的阻力f2。第4页/共22页第五页，共23页。由于表面张力的作用(zuyng)，油滴一般呈小球状。设油滴的密度为，半径为a，则油滴的质量m为：重力及空气重力及空气(kngq)浮力可表示为：浮力可表示为：第5页/共22页第六页，共23页。空气阻力可表示空气阻力可表示(biosh)为为当油滴下落速度达到某一数值时，油滴所受合外力(wil)等于零时，油滴匀速下降。此时有：第6页/共22页第七页，共23页。 当当 时，空气浮力时，空气浮力(fl)(fl)可以忽略。有可以忽略。有 实验中油滴半径约为10-6m 左右，此半径与空气分子间的间隙大致相等，因此(ync)空气的粘滞系数修改为：斯托克斯定律斯托克斯定律 (dngl)(dngl) 修改为修改为第7页/共22页第八页，共23页。最终最终(zuzhn)可得：可得：此式是本实验的基本公式(gngsh) 。式中b为修正常数，b=6.1710-6m 米.厘米汞高，p为大气压强，单位为厘米汞高。第8页/共22页第九页，共23页。2. 实验(shyn)仪器密立根油滴仪，电压电压(diny)显显示示计时显示计时显示(xinsh)油雾室油雾室平衡水泡平衡水泡CCD物距调节物距调节平衡电压平衡电压调节调节电压转换开关电压转换开关电源开关电源开关计时键计时键第9页/共22页第十页，共23页。显示器显示器显示器显示器开关开关(kigun)对比度调节对比度调节(tioji)亮度亮度(lingd)调节调节垂直显示调节垂直显示调节水平显示调节水平显示调节第10页/共22页第十一页，共23页。3. 实验(shyn)内容用用用用静静静静态态态态（平平平平衡衡衡衡）法法法法测测测测定定定定电电电电子子子子(dinz)(dinz)的电荷的电荷的电荷的电荷要求：要求：1 1、熟悉仪器的使用熟悉仪器的使用2 2、调整仪器调整仪器 3 3、练习练习(linx)(linx) 控制油滴控制油滴4 4、练习练习(linx)(linx) 选择油滴选择油滴5 5、对同一油滴进行对同一油滴进行 25302530次测量次测量 第11页/共22页第十二页，共23页。调整调整调整调整(tiozhng)(tiozhng)(tiozhng)(tiozhng)仪器仪器仪器仪器水平调节：调节水平螺丝 ，使水准泡指示水平，极板处于(chy)水平位置，电场方向与重力平行。 打开打开打开打开(d ki)(d ki)(d ki)(d ki)电源开关，使仪器予热电源开关，使仪器予热电源开关，使仪器予热电源开关，使仪器予热10101010分钟分钟分钟分钟 第12页/共22页第十三页，共23页。显示器调节：调节监视器的对比度和亮度旋钮显示器调节：调节监视器的对比度和亮度旋钮显示器调节：调节监视器的对比度和亮度旋钮显示器调节：调节监视器的对比度和亮度旋钮使监视器屏幕处于使监视器屏幕处于使监视器屏幕处于使监视器屏幕处于(chy)(chy)极不太亮又不太暗的状态。极不太亮又不太暗的状态。极不太亮又不太暗的状态。极不太亮又不太暗的状态。喷油前的准备：工作电压选择：开关扳向喷油前的准备：工作电压选择：开关扳向喷油前的准备：工作电压选择：开关扳向喷油前的准备：工作电压选择：开关扳向“ “下落下落下落下落” ”位置，位置，位置，位置，将专用油从喷雾口喷入（只喷一次少量即可），从监视将专用油从喷雾口喷入（只喷一次少量即可），从监视将专用油从喷雾口喷入（只喷一次少量即可），从监视将专用油从喷雾口喷入（只喷一次少量即可），从监视(jinsh)(jinsh)屏上可看屏上可看屏上可看屏上可看到大量的油滴。到大量的油滴。到大量的油滴。到大量的油滴。第13页/共22页第十四页，共23页。如果油滴看不到，或是看不清，可能如果油滴看不到，或是看不清，可能(knng)(knng)是是 CCD CCD的物距不合适，或是监视器的亮度或对比的物距不合适，或是监视器的亮度或对比 度不合适，应该进行调整。度不合适，应该进行调整。如油滴斜向运动，可转动显微镜上的圆如油滴斜向运动，可转动显微镜上的圆 形形CCD CCD ，使油滴沿垂直方向运动。，使油滴沿垂直方向运动。第14页/共22页第十五页，共23页。控制控制控制控制(kngzh)(kngzh)油滴：油滴：油滴：油滴： 测量数据之前应熟练掌握控制测量数据之前应熟练掌握控制测量数据之前应熟练掌握控制测量数据之前应熟练掌握控制 (kngzh)(kngzh)油滴的技巧。油滴的技巧。油滴的技巧。油滴的技巧。方法是：在平行极板上加平衡电压方法是：在平行极板上加平衡电压方法是：在平行极板上加平衡电压方法是：在平行极板上加平衡电压250250伏左右，工作电伏左右，工作电伏左右，工作电伏左右，工作电压选择开关置压选择开关置压选择开关置压选择开关置 “ “平衡平衡平衡平衡” ”档，趋走不需要的油滴，直到剩下档，趋走不需要的油滴，直到剩下档，趋走不需要的油滴，直到剩下档，趋走不需要的油滴，直到剩下几颗缓慢运动的为止。注意其中的一颗，仔细调节平衡几颗缓慢运动的为止。注意其中的一颗，仔细调节平衡几颗缓慢运动的为止。注意其中的一颗，仔细调节平衡几颗缓慢运动的为止。注意其中的一颗，仔细调节平衡电压，使这颗油滴静止不动。然后去掉平衡电压，让它电压，使这颗油滴静止不动。然后去掉平衡电压，让它电压，使这颗油滴静止不动。然后去掉平衡电压，让它电压，使这颗油滴静止不动。然后去掉平衡电压，让它自由下降，下降一段距离后再加自由下降，下降一段距离后再加自由下降，下降一段距离后再加自由下降，下降一段距离后再加 “ “提升提升提升提升” ”电压，使油滴上电压，使油滴上电压，使油滴上电压，使油滴上升。如此反复多次地进行练习。升。如此反复多次地进行练习。升。如此反复多次地进行练习。升。如此反复多次地进行练习。第15页/共22页第十六页，共23页。选择油滴选择油滴选择油滴选择油滴选择的油滴不能太大，太大的油滴虽然较亮，选择的油滴不能太大，太大的油滴虽然较亮，选择的油滴不能太大，太大的油滴虽然较亮，选择的油滴不能太大，太大的油滴虽然较亮，但带电但带电但带电但带电(didin)(didin)量比较多，下降速度较快，时间不容易测量比较多，下降速度较快，时间不容易测量比较多，下降速度较快，时间不容易测量比较多，下降速度较快，时间不容易测准确。太小的油滴布朗运动明显。通常选择平衡准确。太小的油滴布朗运动明显。通常选择平衡准确。太小的油滴布朗运动明显。通常选择平衡准确。太小的油滴布朗运动明显。通常选择平衡电压电压电压电压200200伏左右时（需要仔细调节平衡电压），伏左右时（需要仔细调节平衡电压），伏左右时（需要仔细调节平衡电压），伏左右时（需要仔细调节平衡电压），使某个油滴静止不动，然后去掉平衡电压（即把使某个油滴静止不动，然后去掉平衡电压（即把使某个油滴静止不动，然后去掉平衡电压（即把使某个油滴静止不动，然后去掉平衡电压（即把工作电压选择开关扳向工作电压选择开关扳向工作电压选择开关扳向工作电压选择开关扳向“ “下落下落下落下落” ”位置），按下计时位置），按下计时位置），按下计时位置），按下计时按钮，寻找在按钮，寻找在按钮，寻找在按钮，寻找在1010秒以上时间内匀速下降秒以上时间内匀速下降秒以上时间内匀速下降秒以上时间内匀速下降2 2毫米的毫米的毫米的毫米的油滴（这时其大小和带电油滴（这时其大小和带电油滴（这时其大小和带电油滴（这时其大小和带电(didin)(didin)量比较适当）。量比较适当）。量比较适当）。量比较适当）。第16页/共22页第十七页，共23页。1）测量时间：实验中需直接测量平衡电压(diny)U和油滴匀速下降2毫米距离所用时间t。平衡电压(diny)可从仪器上电压(diny)表直接读出。时间t的测量方法如下：将已选择好的油滴升至视野的上方，然后去掉平衡电压(diny)，油滴开始下落，此时是加速运动，不宜记时。下落一段距离后，可认为空气阻力与重力相等，记时开始。运动距离L（取L=2.00mm），记时停止。记时停止后，应立即加平衡电压(diny)，防止油滴丢失。然后再扳向“提升”，当油滴上升到上方时，再扳向“平衡”。重复上述过程，对同一油滴进行2530次测量，每次测量开始都要重新调节平衡电压(diny)。第17页/共22页第十八页，共23页。完成(wnchng)本实验的关键在于控制油滴和选择合适的油滴。测量数据之前应熟练掌握控制油滴的技巧，并选择合适的油滴。否则就会造成实验失败。实验中选择的油滴不能太大，太大的油滴虽然较亮，但带电量比较多，下降速度较快，时间不容易测准确。太小的油滴布朗运动明显。通常选择平衡电压200伏左右的油滴，这时其大小和带电量比较适当。注意：每次测量开始注意：每次测量开始注意：每次测量开始注意：每次测量开始 (kish)(kish)都要重新调节平衡电压。都要重新调节平衡电压。都要重新调节平衡电压。都要重新调节平衡电压。 第18页/共22页第十九页，共23页。4. 实验(shyn)拓展2、通过对该携带离子的油滴在电场和重力场中行为的研究，证明：所有电荷，不论是怎样(znyng)产生的，都是某一确定基本电荷的精确倍数。密立根油滴实验密立根油滴实验(shyn)做到并证明了以下几点：做到并证明了以下几点：1 1、使一滴微油滴带上单个或、使一滴微油滴带上单个或11501150个之间的任何一个个之间的任何一个所需数目的空气离子。所需数目的空气离子。3 3、大多数电离空气的离子，不论为正还是为负，带的都是基本电荷。、大多数电离空气的离子，不论为正还是为负，带的都是基本电荷。 第19页/共22页第二十页，共23页。4、所有值得(zh d)商榷的理论假设都无关地测定出基本电荷的精确值，其淮确程度只受空气粘滞系数测量可达到的精度的限制。 5、直接测定一个(y )分子骚动动能的数量级，这为物质的分子运动论的正确性提供了新的、直接的、最可信的证据。 6、证实了当小球直径与媒质分子的平均自由程可相比较时，小球在粘滞 (zhn zh)媒质中运动的斯托克斯定律就不再成立，并确定了该定律不成立的精确条件。 第20页/共22页第二十一页，共23页。谢谢第21页/共22页第二十二页，共23页。内容(nirng)总结会计学。第1页/共22页。用喷雾器将油喷入两块相距为d的水平放置的平行极。实验中油滴半径约为10-6m 左右，此半径与空气分子。显示器调节：调节监视器的对比度和亮度旋钮。喷油前的准备：工作电压选择：开关扳向“下落”位置，。将专用油从喷雾口喷入（只喷一次少量即可），从监视屏上可看。电压200伏左右时（需要仔细调节平衡电压），。重复上述过程(guchng)，对同一油滴进行2530次测量，每次测量开始都要重新调节平衡电压。谢谢第二十三页，共23页。