關(guān)于密立根油滴實(shí)驗(yàn)教學(xué)的幾點(diǎn)思考.pdf

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1、第35卷第6期物理教師Vol_35NO．62014年P(guān)HYSICSr]rEACHER(2Ol4)·物理實(shí)驗(yàn)·關(guān)于密立根油滴實(shí)驗(yàn)教學(xué)的幾點(diǎn)思考王敏(東南大學(xué)吳健雄學(xué)院，江蘇南京211189)摘要：在實(shí)驗(yàn)過程中，可利用直接觀察法或極值對(duì)照法選取合適的油滴，及時(shí)正確處理油滴異?，F(xiàn)象，使用表格法以及EXCEI中線性回歸分析法對(duì)實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而驗(yàn)證電荷的不連續(xù)性，并得出基本電荷量為1．6×10C，并對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析．關(guān)鍵詞：油滴；選??；異?，F(xiàn)象；數(shù)據(jù)處理；誤差分析密立根油滴實(shí)驗(yàn)以其“設(shè)備的簡(jiǎn)單化、方法的簡(jiǎn)便化、設(shè)(2)極值對(duì)照法．汁的巧妙性、結(jié)果的準(zhǔn)確性”而成為近代物理學(xué)中的

2、經(jīng)典物理通常我們選擇平衡電壓在15O～300V之間的油滴進(jìn)實(shí)驗(yàn)．該實(shí)驗(yàn)證明了電荷的不連續(xù)性，并精確地測(cè)定了基本電行測(cè)量．當(dāng)電壓調(diào)到150V時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)油滴此時(shí)處于下降狀荷的數(shù)值，為實(shí)驗(yàn)上進(jìn)一步測(cè)定其他一些物理量提供了可態(tài)，因此要舍棄上升的油滴；在剩余油滴中，選擇運(yùn)動(dòng)較慢能性．密立根油滴實(shí)驗(yàn)是高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)重要的基的、體積較小的作為目標(biāo)油滴．此時(shí)立刻將電壓調(diào)至礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)．筆者模擬了這項(xiàng)科學(xué)工作，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析300V，若油滴仍處于下降狀態(tài)，應(yīng)將這些油滴舍棄；而上和研究，進(jìn)而總結(jié)出該實(shí)驗(yàn)中學(xué)到的方法和注意點(diǎn)．升的油滴則是我們所要尋找的油滴．1向?qū)W生講清、講透實(shí)驗(yàn)原理利用這種方法，我

3、們可以舍棄大部分不合適的油滴．相比利用密立根油滴儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．油滴進(jìn)入兩塊相距為于直接觀察法，這一舉措省時(shí)方便，可以大大提高實(shí)驗(yàn)效率．的水平放置的平行極板之間，調(diào)節(jié)極間電壓U使油滴靜2．2能否保證不加電場(chǎng)時(shí)，選取的下降油滴做勻速運(yùn)動(dòng)止．由于空氣的密度遠(yuǎn)小于油的密度，因此可以忽略空氣油滴自由下落時(shí)，受重力和空氣粘滯阻力的共同作，，r，的浮力作用，則油滴在平衡狀態(tài)下有g(shù)一，即q一用，此時(shí)運(yùn)動(dòng)方程為trig-67cr一，M，即mgd百，其中，直接測(cè)量的量是d和U，油滴的質(zhì)量ITI間接測(cè)魯+(u一)U得．撤除極板問電壓，油滴在重力作用下加速下落，由于空令，一～mg，則dv一，一，．因?yàn)榫?，有氣

4、粘性阻力_，作用，油滴很快以恒定速度下降．根據(jù)斯托克斯定律，有一6~rrfv(為空氣粘滯系數(shù)，一1．83×-『dr'一一-flPa·S，r為油滴半徑，為油滴下降速度)．平衡時(shí)，有—mg．當(dāng)斯托克斯定律應(yīng)用于非常小的油滴時(shí)，應(yīng)對(duì)粘積分得，一Aex(一)，則／L、滯系數(shù)除以一個(gè)因子(1+蘭)進(jìn)行修正(b為修正常數(shù)，—、fAex(一)+毒．b一8．22×10m·Pa，P為大氣壓強(qiáng)，P=1．O13×由z—o，—o，得A一一毒，10。Pa)．再根據(jù)m一5-，，和一÷(為油滴勻速下降的O￡一[1-exp(一)]：距離，t為相應(yīng)的時(shí)間)，得18r7。／l、。d盟IL6~rq’lLl。＼TJ。一U’_

5、1-exp(一勢(shì))]．戶rJ令一，，=7，取r一7．5O×10m，f。：98lkg／m。，2引導(dǎo)學(xué)生歸納、總結(jié)實(shí)驗(yàn)注意點(diǎn)2．1如何選取合適的油滴口一1．83×10kg·1TI。?！一，代人得≈5Obts．因此油滴(1)直接觀察法．在重力場(chǎng)中自由下落很快就達(dá)到勻速運(yùn)動(dòng)，所以在觀察視實(shí)驗(yàn)過程中，我們應(yīng)盡量選擇平衡電壓為15o～野中一F降的油滴完全可以認(rèn)為是在做勻速運(yùn)動(dòng)．300V，下降0．2CITI所需時(shí)間為15～35S的油滴．這樣的2．3遇到異?，F(xiàn)象怎么辦油滴所帶電荷量為2～9個(gè)基本電量，由于摩擦產(chǎn)生的額(1)油滴漂移現(xiàn)象．外電荷量對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響較小，測(cè)出的結(jié)果更為準(zhǔn)確．實(shí)驗(yàn)中，有時(shí)油滴存

6、在漂移現(xiàn)象．當(dāng)油滴做定向漂移采用直接觀察法選擇合適的油滴，其缺點(diǎn)在于往往要時(shí)，應(yīng)該調(diào)節(jié)調(diào)焦轉(zhuǎn)筒，使油滴在視野里豎直下降．當(dāng)油滴花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，甚至有時(shí)選定某一油滴觀察一段時(shí)間后才無規(guī)律漂移時(shí)，可能是因?yàn)橛偷翁p，此時(shí)應(yīng)該選大一點(diǎn)發(fā)現(xiàn)該油滴不合適．的油滴．在噴油時(shí)涑度要慢，避免空氣流造成油滴的漂移．V01．3No．64-#-W_教師第35卷第6期(2O14)PHYSICSTEACHER20l4年(2)油滴模糊、消失現(xiàn)象．我們可采用“倒過來驗(yàn)證”的方法，即用實(shí)驗(yàn)測(cè)得的電荷量在跟蹤某一油滴時(shí)，有時(shí)油滴會(huì)突然變得模糊或消失，這q除以公認(rèn)的電子電荷值一1．60×l0“C，結(jié)果近似為是由于平行極板未

7、水平，電場(chǎng)力與重力不在同一直線上，使油整數(shù)．該整數(shù)就是油滴所帶的基本電荷的數(shù)目n，再由一滴未垂直下落．應(yīng)小斷微調(diào)顯微鏡焦距，跟蹤油滴，防止它消，即得電子電荷值．失，井將儀器調(diào)水平．油滴在視野中消失，是因?yàn)槠骷褂酶邏?，?dǎo)致高溫，油滴蒸發(fā)．此時(shí)應(yīng)該選擇新的油滴進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．(1)表格分析法．將所測(cè)量數(shù)據(jù)記錄在表1中，并根據(jù)相關(guān)公式算出油3教給學(xué)生數(shù)據(jù)處理及誤差分析方法滴的電荷量和電荷數(shù)目．通過表1，我們可以看出實(shí)驗(yàn)所得為了證明電荷的不連續(xù)性，并得到基