[发明专利]密立根油滴实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种大学物理实验装置，主要涉及一种密立根油滴实验数据采集、传送和实时处理系统，属于大学物理实验仪器领域。

背景技术

密立根油滴实验是美国物理学家密立根从1909到1917年所作的测量微小油滴上所带电荷的工作。在此实验中，密立根精确测定了电子的电荷数值，直接验证了电荷的不连续性，其结论在物理学发展史上具有重要的意义。密立根先生于1923年获得诺贝尔物理学奖。

由于电子电量(即基元电荷电量)属于微小物理量的观测，此实验有相当的难度的。它对实验者的科学态度、严格的操作规程和数据处理方法都是一个考验，也正是因为这个原因，密立根油滴实验成为近代物理的重要实验项目之一，是实验物理的典范，是启发性实验的代表作。

大学物理实验教学中，密立根油滴实验多采用静态法，其原理如下：

用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的水平放置的平行极板之间。油滴在喷射时由于摩擦，一般都是带电的。设油滴的质量为m，所带的电量为q，两极板间的电压为U，则油滴在平行极板间将同时受到两个力的作用：一个是重力mg，一个是静电力qE。调节两极板间的电压U，可使该两力达到平衡，这时有

mg=qE=qUd---(1)]]>

由上式可见，为了测量油滴所带的电量q，除了测量U和d外，还需要测量油滴的质量m。

由于m很小，需用如下特殊方法测定：平行极板不加电压时，油滴受重力作用而加速下降。由于空气阻力的作用，油滴下降一段距离达到某一速度v后，阻力f_r与重力mg平衡(油滴的体积很小，空气浮力忽略不计)，油滴将匀速下降。根据斯托克斯定律，油滴匀速下降时

f_r＝6πaηv＝mg                            (2)

式中η是空气的粘滞系数，a是油滴的半径。

由于表面张力的原因，油滴总是呈小球状。设油滴的密度为ρ，油滴的质量m可以用下式表示：

则油滴的半径对于半径小于10^-6米的小球，其半径接近于空气中分子间距的大小，这时空气这种介质不能再被认为是连续介质，因而空气的粘滞系数应作如下修正

η′=η1+bpa---(3)]]>

这时斯托克斯定律应改为

fr=6πaηv1+bpa---(4)]]>

式中b为修正常数，b＝6.17×10^-6m·cm(Hg)，p为大气压强，单位用厘米汞柱，即cm(Hg)表示。得