密立根油滴实验测出了什么

【密立根油滴实验测出了什么】密立根油滴实验测出了最小正电荷的电荷量 。
密立根油滴实验,美国物理学家密立根所做的测定电子电荷的实验 。1907至1913年密立根用在电场和重力场中运动的带电油滴进行实验,发现所有油滴所带的电量均是某一最小电荷的整数倍,该最小电荷值就是电子电荷 。
密立根油滴实验的原理用喷雾器将油滴喷入电容器两块水平的平行电极板之间时,油滴经喷射后,一般都是带电的 。在不加电场的情况下,小油滴受重力作用而降落,当重力与空气的浮力和粘滞阻力平衡时,它便作匀速下降,它们之间的关系是:
mg=F1+B(1)
式中:mg──油滴受的重力,F1──空气的粘滞阻力,B──空气的浮力 。
令σ、ρ分别表示油滴和空气的密度;a为油滴的半径;η为空气的粘滞系数;vg为油滴匀速下降速度 。因此油滴受的重力为 mg=4/3πa^3δg(注:a^3为a的3次方,以下均是),空气的浮力 B=4/3πa^3ρg,空气的粘滞阻力f1=6πηaVg (流体力学的斯托克斯定律,Vg表示v下角标g) 。于是(1)式变为:
4/3πa^3δg=6πηaVg+4/3πa^3ρg
可得出油滴的半径a=3(ηVg/2g(δ-ρ))^1/2 (2)
当平行电极板间加上电场时,设油滴所带电量为q,它所受到的静电力为qE,E为平行极板间的电场强度,E=U/d,U为两极板间的电势差,d为两板间的距离 。适当选择电势差U的大小和方向,使油滴受到电场的作用向上运动,以ve表示上升的速度 。当油滴匀速上升时,可得到如下关系式:
F2+mg=qE+B(3)
上式中F2为油滴上升速度为Ve时空气的粘滞阻力:
F2=6πηaVe
由(1)、(3)式得到油滴所带电量q为
q=(F1+F2)/E=6πηad(Vg+Ve)/u(4)
(4)式表明,按(2)式求出油滴的半径a后,由测定的油滴不加电场时下降速度vg和加上电场时油滴匀速上升的速度ve,就可以求出所带的电量q 。
注意上述公式的推导过程中都是对同一个油滴而言的,因而对同一个油滴,要在实验中测出一组vg、ve的相应数据 。
用上述方法对许多不同的油滴进行测量 。结果表明,油滴所带的电量总是某一个最小固定值的整数倍,这个最小电荷就是电子所带的电量e 。
美国科学家密立根通过油滴实验首次精确地测出了电子的电荷量.油滴实验的原理如图所示,两块水平放置的平(1)油滴匀速下落过程中受到电场力和重力平衡,此时油滴所带的电量为负电荷.由二力平衡关系可得:
q1U0d=m1g…①
由①式可得:
q1=m1gdU0…②
(2)油滴加速下落,由(1)可知该油滴带负电,此时它受到的电场力向上,设此时的加速度大小为a1,由牛顿第二定律可得:
m2g-q2U1d=m2a1 …③
由运动学公式可得:
d=12a1t2 …④
由③④二式可得:
q2=m2dU1(g-2dt 2)…⑤
答:(1)该油滴所带电荷量q为m1gdU0;
(2)此油滴所带电荷量为m2dU1(g-2dt 2).