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关于密立根油滴实验动态法的讨论
2018-11-2 08:22 中国泵阀第一网 作者:佚名 点击:1616
【中国泵阀第一网 行业论文】该实验是由美国著名物理学家密立根经历十多年设计并完成的.这一实验的设计思想简明巧妙、方法简单,堪称物理实验的精华和典范目前的物理实验教学中,油滴实验也是各高校必做的物理实验之一.湖北民族学院信息工程学院采用ZKY-MLG-6 CCD显微密立根油滴仪,通过CCD显示屏可非常清楚地看到钟表油油滴的运动过程,大大改善了实验条件,使测量结果更为准确.

朱 瑜,王 秋

(湖北民族学院 信息工程学院,湖北 恩施445000)

摘要:利用ZKY-MLG-6CCD显微密立根油滴仪测量电子的电荷量,通过反复实验,分析油滴电荷量的大小、阀门关闭与否对实验的影响,讨论初始电压、工作电压的选择范围得到的结论为:

①不管是用平衡法还是用动态法测量电子的电荷量,油滴的电荷量较大时,测量结果更为准确;

②用动态法测量电子的电荷量时,阀门关闭与否对测量并没有明显的影响;

③用动态法测量带大电荷量的油滴,初始电压分别为300 V和400 V,工作电压分别为平衡电压的1.5,2.0和2.5倍时,测量结果都较好。

关键词:密立根油滴仪;动态法;油滴电荷量;初始电压;工作电压

油滴实验是近代物理学中测量基本电荷e的一个经典实验,该实验是由美国著名物理学家密立根经历十多年设计并完成的.这一实验的设计思想简明巧妙、方法简单,堪称物理实验的精华和典范目前的物理实验教学中,油滴实验也是各高校必做的物理实验之一.湖北民族学院信息工程学院采用ZKY-MLG-6 CCD显微密立根油滴仪,通过CCD显示屏可非常清楚地看到钟表油油滴的运动过程,大大改善了实验条件,使测量结果更为准确.另外实验仪器自带数据处理软件,简化了实验数据计算过程,实验结果显示在CCD上,简洁清晰,一目了然,为做实验提供了可行的方法,提高了同学们做实验的兴趣.

在实验过程中,笔者有几点疑问亚待解决:

①是电荷量较大的油滴测量结果好,还是电荷量较小的油滴测量结果好?

②油滴盒上有个阀门,实验时可以关闭,减小外界环境对实验的影响.但是不关闭阀门是否真的对实验影响较大?

③按照仪器使用说明,要求调节400 V初始电压.取其他初始电压时,实验是否能完成,实验效果又如何?

④对工作电压,可以有多种选择,比如可选平衡电压的1.5,2. 0,2.5倍,实验结果又会如何?

对于问题

①的讨论,李翠云、郑立军认为选择带电荷量较小的油滴实验测量结果更好,但是,曹丽萍等、李娟和武继文等认为选择带电荷量较大的油滴实验测量结果较好.到底是选电荷量较大的油滴测量结果好,还是选电荷量较小的油滴测量结果好,这存在争议.另外笔者查阅了大量参考文献,没有找到对问题②、③、④的探讨和分析.本文将针对这几个问题进行大量的实验,并展开分析和讨论,希望解决以上疑问.

1 实验数据

根据动态法实验原理,设置初始电压为400 V,工作电压分别为平衡电压的1.5和2.0倍时,关闭阀门测量电子的电荷量,整理出电荷量较大的油滴的测量结果,记入表1中.

根据动态法实验原理,设置初始电压为400 V,工作电压分别为平衡电压的1.5,2.0和2.5倍时,未关闭阀门测量电子的电荷量,分别整理出电荷量较大和电荷量较小的油滴的测量结果,记入表2和3中.

根据动态法实验原理,设置初始电压为300 V时,工作电压分别为平衡电压的1.5,2.0和2.5倍时,未关闭阀门测量电子的电荷量,整理出电荷量较大的油滴的测量结果,记入表4中.

表1初始电压为400 V时关闭阀门测量电子的电荷量

阀门 电荷

表2初始电压为400 V时未关闭阀门测量电子的电荷量(大电荷)

阀门 电荷

表3初始电压为400 V时未关闭阀门测量电子的电荷量(小电荷)

阀门 电荷

表4初始电压为300V时未关闭阀门测量电子的电荷量(大电荷)

阀门 电荷

续表4:

阀门 电荷

根据平衡法实验原理,用密里根油滴实验仪测量电子的电荷量,将测量数据记入表5中.

2 作图比较

为了便于比较,将实验数据用Matlab作图进行分析.为了讨论阀门关闭与否对实验结果的影响,把初始电压为400 V、工作电压分别为平衡电压的1.5和2.0倍时关闭阀门与未关闭阀门的测量结果作图比较,如图1所示.

为了讨论不同工作电压时电荷量较大和电荷量较小的油滴对测量结果的影响,把初始电压为400 V、工作电压分别为平衡电压的1.5,2.0和2.5倍时电荷量较大和电荷量较小的油滴的测量结果作图比较,如图2所示.

表5平衡法测量电子的电荷量

阀门 电荷

阀门 电荷

图1 关闭阀门与未关闭阀门测量结果比较

阀门 电荷

图2 不同工作电压时电荷量较大和较小的油滴测量结果比较

为了讨论不同初始电压对测量结果的影响,把初始电压分别为300 V和400 V、工作电压分别为平衡电压的1.5,2.0和2.5倍时电荷量较大的油滴的测量结果作图比较,如图3所示.

为了讨论动态法和平衡法测量的差别,把动态法和平衡法的测量结果作图比较,如图4所示.

阀门 电荷

图3 不同初始电压、工作电压测量结果比较

阀门 电荷

图4 平衡法与动态法测量结果比较

3 结果分析

通过用动态法测量电子的电荷量,比较实验结果,可以得到以下结论:

1)由图1、表1和表2的结果可以看出,用动态法测量电子的电荷量时,阀门关闭与否对测量电子电荷量并没有明显的影响.

2)由图2、表2和表3的结果可以看出,用动态法测量电子的电荷量,工作电压分别为平衡电压的1.5,2和2.5倍时,只要油滴的电荷量较大,测量结果都较好.

3)由图3、表3和表4的结果可以看出,用动态法测量电子的电荷量,初始电压分别为300 V和400 V时,测量结果都较好.

4)由图4、表5的结果可以看出,用平衡法测量电子的电荷量,油滴的电荷量较大时,测量结果更为准确.

5)由图2、图4、表2、表3和表5的结果可以看出,当油滴的电荷量较大时,动态法和平衡法的测量结果没有明显差距,均较好;当油滴的电荷量较小时,动态法和平衡法的测量结果均偏差较大.

6)在实验过程中,发现油滴越大越亮带的电荷越多.

4 总结

利用ZKY-MLG-6CCD显微密立根油滴仪测量带电油滴的电荷量,由此得到电子的电荷量.通过反复实验,针对油滴电荷量的大小、阀门关闭与否及初始电压、工作电压的选择范围对实验的影响等问题进行了分析和讨论.实验结论为:

1)不管是用平衡法还是用动态法测量电子的电荷量,油滴的电荷量较大时,测量结果更为准确.

2)用动态法测量电子的电荷量时,阀门关闭与否对测量并没有明显的影响.

3)用动态法测量带大电荷量的油滴,初始电压分别为300 V和400 V,工作电压分别为平衡电压的1. 5,2. 0和2.5倍时,测量结果都较好.

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(来源:中国泵阀第一网)

本文标签: 阀门 电荷 
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