密立根油滴實(shí)驗(yàn)中常見問題分析

摘 要： 本文分析了密立根油滴實(shí)驗(yàn)中影響實(shí)驗(yàn)過程或結(jié)果的幾個(gè)經(jīng)常出現(xiàn)的問題，并提出了相應(yīng)的處理方法。

關(guān)鍵詞： 密立根油滴 常見問題 處理方法

密立根油滴實(shí)驗(yàn)是近代物理中一個(gè)具有代表性的實(shí)驗(yàn)，其設(shè)計(jì)思想、實(shí)驗(yàn)方法堪稱物理學(xué)的典范，雖然過去了一百多年，但它所折射出來的科學(xué)光輝依然熠熠生輝，指引著千萬學(xué)子科學(xué)探索的方向。

隨著儀器設(shè)備的不斷完善，密立根油滴實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也日趨完美，但由于對(duì)于基本電荷電量這一微觀量的測(cè)量，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的要求相對(duì)較高，在實(shí)驗(yàn)過程中難免會(huì)出現(xiàn)一些問題，影響實(shí)驗(yàn)效果。如果能正確地分析和處理這些問題，就會(huì)給實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造更為有利的條件，得到更加準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。下面以MOD-5型密立根油滴儀為例，分析總結(jié)實(shí)驗(yàn)中常見的問題及相應(yīng)的處理方法。

一、噴油后視場(chǎng)中不見油滴

正常情況下，用噴霧器噴油后，視場(chǎng)中會(huì)出現(xiàn)滿天繁星一樣的油滴，如果噴油后沒有油滴出現(xiàn)，一般會(huì)是以下幾方面的原因：

1.顯微鏡焦距沒有調(diào)節(jié)到合適位置，油滴無法成清晰的像，需仔細(xì)調(diào)節(jié)顯微鏡焦距。

2.油霧倉底部擋風(fēng)板閉合，油滴無法進(jìn)入電場(chǎng)中。在噴油時(shí)，應(yīng)拉開擋板，待油滴進(jìn)入后再閉合擋板。

3.電極板上板小孔被油霧阻塞，油滴無法進(jìn)入電場(chǎng)，需及時(shí)清理上板油污，使小孔通透。

4.噴霧器漏氣，無法噴入油滴，需更換噴霧器。

二、視場(chǎng)亮度不均勻或偏暗

1.如果視場(chǎng)亮度不均勻，一般是電場(chǎng)的照明二極管位置不正所致，需關(guān)閉電源，仔細(xì)調(diào)整發(fā)光二極管位置。

2.如果是亮度不夠，有兩個(gè)原因，一個(gè)是照明二極管可能被油污所蒙蔽，致使發(fā)光暗淡，需清理。二是照明二極管縮入了電場(chǎng)側(cè)壁的進(jìn)光小孔中，只需調(diào)整一下位置就可以了。

三、油滴橫向漂移

油滴進(jìn)入電場(chǎng)后，其下落和上升路徑不豎直，逐漸向一個(gè)方向橫向漂移，有時(shí)沒有測(cè)量結(jié)束，油滴已經(jīng)漂移出可以顯示的視場(chǎng)范圍。有以下幾個(gè)原因：

1.沒有封閉油霧倉底孔擋板，空氣的流動(dòng)對(duì)微小的油滴產(chǎn)生影響，使其橫向漂移。測(cè)量過程中應(yīng)注意關(guān)閉油霧倉底孔擋板。

2.在動(dòng)態(tài)（非平衡）測(cè)量中，如果儀器沒有調(diào)整好水平，致使油滴受到一個(gè)水平橫向的電場(chǎng)力分力的作用，就會(huì)產(chǎn)生橫向漂移。但在靜態(tài)（平衡）測(cè)量中，不存在這方7152de9c73329c59c236535abf8583a80632151e981f7344e46c6f499f35b073面的原因，需要在測(cè)量前仔細(xì)調(diào)整儀器水平。

3.顯微鏡鏡頭偏斜，導(dǎo)致分劃板豎線不垂直于水平方向，這樣豎直下落的油滴的運(yùn)動(dòng)方向就與分劃板縱線不平行，油滴橫向漂移。調(diào)整方法：控制一顆油滴，使其上下運(yùn)動(dòng)，邊觀察邊仔細(xì)轉(zhuǎn)動(dòng)顯微鏡鏡筒，直到油滴上下運(yùn)動(dòng)的軌跡與分劃板縱線平行為止。

四、噴入的油滴不帶電

噴入油滴后觀察，有時(shí)發(fā)現(xiàn)油滴都比較暗，懸浮在視場(chǎng)中且不受控制，這種油滴一般都比較小，且不帶電，不適合測(cè)量。如果這種油滴比較多，一般是由于環(huán)境中空氣的濕度過大，油滴不易帶上電荷。特別是雨季容易出現(xiàn)這種情況。這就需要盡量避免在濕度大的季節(jié)做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，或者要在濕度大的實(shí)驗(yàn)室中用空調(diào)除濕。再者，如果噴霧器所噴射的油滴過于細(xì)小，也會(huì)造成這種想象，可以更換噴霧器試試。

五、實(shí)驗(yàn)誤差偏大

密立根油滴實(shí)驗(yàn)中造成結(jié)果誤差偏大的原因很多，因?yàn)閷?duì)于微觀量的測(cè)量，稍有不慎，就會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果謬以千里。誤差偏大的原因主要有：

1.本實(shí)驗(yàn)的測(cè)量原理原理式是一近似公式，測(cè)量本身存在著理論誤差。

2.平衡電壓U的測(cè)量存在誤差。在調(diào)節(jié)油滴平衡時(shí)，是用肉眼觀察油滴是否處于靜止?fàn)顟B(tài)的，動(dòng)與不動(dòng)都是相對(duì)于觀測(cè)者來說的，觀察角度、觀測(cè)時(shí)間等其他一些主觀因素都會(huì)對(duì)測(cè)量值產(chǎn)生一定的影響。另外油滴的布朗運(yùn)動(dòng)對(duì)平衡電壓的調(diào)節(jié)也產(chǎn)生一定影響。為減小以上各因素引起的誤差，應(yīng)在實(shí)驗(yàn)中將油滴置于分劃板某一橫線上仔細(xì)調(diào)節(jié)平衡電壓，并有足夠長(zhǎng)的觀測(cè)時(shí)間。

3.時(shí)間t的測(cè)量誤差。油滴在電場(chǎng)中勻速下落一段距離所用的時(shí)間，是手動(dòng)測(cè)量的，更容易產(chǎn)生誤差。觀測(cè)者的反應(yīng)速度、觀測(cè)角度，起始與終點(diǎn)的確定等因素都會(huì)對(duì)時(shí)間的測(cè)量產(chǎn)生影響。測(cè)時(shí)間時(shí)，要注意手、腦、眼配合好，反應(yīng)快，眼睛盡量平視分劃板。

4.選擇油滴不合適引起誤差。實(shí)驗(yàn)中選擇適合測(cè)量的油滴很重要。一般應(yīng)選擇平衡電壓在200伏～400伏之間、勻速下落2毫米所用時(shí)間在20秒左右的油滴進(jìn)行測(cè)量，這樣的油滴質(zhì)量、帶電量都比較合適，通常油滴帶幾個(gè)電荷。如果選擇太大的油滴（一般帶電量也比較多），就會(huì)下落比較快，不容易測(cè)準(zhǔn)時(shí)間；如果油滴太小，就會(huì)比較暗，不容易跟蹤，同時(shí)布朗運(yùn)動(dòng)會(huì)比較明顯，也不適合測(cè)量。

5.選擇油滴少，測(cè)量次數(shù)少引起誤差。在密立根油滴實(shí)驗(yàn)中，基本電荷電量一般是用求油滴帶電量的最小公約數(shù)的方法取得的，應(yīng)為大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。所以實(shí)驗(yàn)中應(yīng)增加測(cè)量次數(shù)及盡可能多地選擇多個(gè)油滴進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果才能更趨于準(zhǔn)確。在時(shí)間允許的情況下，應(yīng)至少選擇8—10個(gè)油滴測(cè)量，每個(gè)油滴的測(cè)量次數(shù)在6—10次。密立根油滴實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)巧妙，原理清晰，極富啟發(fā)性，是一個(gè)值得我們深入學(xué)習(xí)和研究的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)要求學(xué)生耐心、細(xì)致，善于觀察，注意指導(dǎo)學(xué)生克服一些不利因素，遇到問題認(rèn)真分析原因并找到解決的方法，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力，取得滿意的實(shí)驗(yàn)效果。

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