束華中+毛巍威
摘要:本文首先闡述了密立根油滴儀的工作原理,然后采用動態(tài)法和靜態(tài)法測試了基本電荷的電量,實驗結果表明,動態(tài)法測得的實驗數據和結果與靜態(tài)法測得的實驗數據和結果都非??煽?,進一步比較發(fā)現動態(tài)法的結果更加接近公認的實驗值。
關鍵詞:密立根油滴儀;動態(tài)法;靜態(tài)法;基本電荷
密立根(R. A. Millikan)在1907年及以后的七年時間內,用油滴法直接證實了電量的不連續(xù)性,并測定了電子的電荷。這不僅為電子論建立了直接的實驗基礎,而且通過在實驗上測定電子電荷這一基本物理常數,為測定其他許多基本物理量提供了可能性。正是由于他在測量電子電荷等方面取得的杰出成就,密立根榮獲了1923年度的諾貝爾物理獎。
一、 實驗原理
在兩塊平行極板之間,尋找一個質量為m(待測)帶電量為q(待測)的細小油滴。不加電壓時,平行極板間的油滴受到重力的作用而在極板之間向下加速下降??紤]到空氣對其粘滯阻力的作用,油滴將作減加速運動,下降一段距離后變?yōu)閯蛩龠\動。設此時的速率為vg,這時油滴受力分析,如圖1所示。其受到向下的重力與空氣對其向上的粘滯阻力大小相等,方向相反,正好處于平衡狀態(tài)(空氣浮力可忽略不計)。
當在兩極板上加上適當的電壓V時,相當于油滴處在場強為E的靜電場中,設油滴所受到的電場力qE與重力mg相反,如圖2所示。從圖中可看出,這時帶電油滴受到電場力的作用將加速上升,但由于空氣粘滯阻力的作用,油滴在減加速上升一段距離后,油滴所受的向下的空氣粘滯阻力、重力與油滴所受的向上的電場力就會達到動態(tài)平衡(空氣浮力可忽略不計),此時油滴將勻速上升,設其速率為ve,則有:
本實驗分別采用動態(tài)(非平衡)法和靜態(tài)法測油滴電荷。為了求出基本電荷的電量e,首先在實驗中測得每組油滴所帶的電荷量q,再用所測各組電量來求出最大公約數,根據電荷的量子化理論,這個最大公約數就是電子電荷e的值,也就是基本電荷e。另一種測基本電荷e的方法是通過測量同一帶電油滴的改變量Δq1(可以采用紫外線照射或放射源照射油滴,改變所帶電荷),這時Δq1近似為某一最小單位的整數倍,此最小單位即為電子電荷e的值。
二、 實驗數據分析
1. 動態(tài)法實驗數據
三、 結果
根據上面的實驗數據和分析結果,發(fā)現采用動態(tài)法測得的實驗數據和結果與靜態(tài)法測得的實驗數據和結果都非??煽浚瑢嶒炞C明了微小油滴的帶電量是基本電荷電量的整數倍,并且測出了這個基本電荷的電量,進一步比較發(fā)現動態(tài)法的結果更加接近公認的實驗值。
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