密立根油滴实验论文

  韦正剑

摘要：密立根的实验装置随着技术的进步而得到了不断的改进，但其实验原理至今仍在当代物理科学研究的前沿发挥着作用

关键词：电压值、下落时间、电荷值、电子电荷值

引言：1897年汤姆生发现了电子的存在后，人们进行了多次尝试，以精确确定它的性质。汤姆生又测量了这种基本粒子的比荷（荷质比），证实了这个比值是唯一的。许多科学家为测量电子的电荷量进行了大量的实验探索工作。电子电荷的精确数值最早是美国科学家密立根于1917年用实验测得的。密立根在前人工作的基础上，进行基本电荷量e的测量，他作了几千次测量，一个油滴要盯住几个小时，可见其艰苦的程度。密立根通过油滴实验，精确地测定基本电荷量e的过程，是一个不断发现问题并解决问题的过程。为了实现精确测量，他创造了实验所必须的环境条件，例如油滴室的气压和温度的测量和控制。

一、实验目的

1）、测量基本电荷量

2）、验证电荷的量子性

二、实验仪器

   CCD密立根油滴仪、喷雾器

三、实验原理

    一个质量为的油滴处在两块平行板之间，在平行板未加电压时，油滴受重力作用而加速下降，由于空气阻力的作用，下降一段距离后，油滴将做匀速运动，速度为 ，这时重力与阻力平衡，根据斯托克斯定律，粘滞阻力为 。式中是空气的粘滞系数a是油滴的半径，这时有      （1）

当平行极板上加电压时，油滴处在场强为的静电场中，设电场力与重力相反，使油滴受电场力加速上升，由于空气阻力作用，上升一段距离后，油滴所受的空气阻力重力与电场力达到平衡，则油滴将以匀速上升，此时速度为 ，则有    （2）

又      （3）

 由（1）（2）（3）可得       （4）

     为测定油滴所带电荷、除应测出、和速度 外，由于空气中悬浮和表面张力作用，可将油滴看作圆球，其质量为     （5）

由（1）（5）得油滴的半径       （6）

 考虑到油滴非常小，空气已不能看成连续煤质，空气的粘滞系数修正为      （7）

式中为修正常数，为空气压强，为未经修正过的油滴半径，由于它在修正项中不必计算很精确。

      实验时取油滴匀速下降的距离相等，设都为L，测出油滴匀速下降的时间 ，匀速上升的时间，则 ，      （8）

将（5）（6）（7）（8）式代入（4）得

令 得         （9）

（9）式是油滴反转运动法测油滴电荷的公式

下面导出静态法则油滴电荷的公式，调节平行板极间的电压，使油滴不动 即由（9）式可得  或者      （10）

（10）式即为静态法则油滴电荷的公式

四、实验步骤

      1）调节OM99油滴仪仪器底座上的三只调平手轮，将仪器调平，使测量时处于水平状态，以保证电场与重力场相平行。

       2）、将OM99面板上最左边Q9插座的电缆接至监视器后背下部的插座上，然后接上电源即可开始工作

       3）、打开监视器和OM99油滴仪的电源，在监视器上先出现OM99CCD微机密立根油滴仪，5秒钟后自动进入测量状态，显示出标准分划板刻度及电压V值、时间S值。

五、实验数据的处理

蒙自的重力加速度，     空气的粘滞系数，

修正常数，  大气压强，

平行板间的距离，      油滴下降的距离，

由上表得，

油滴半径

令据上得以下数据：

用，可求出电子数：（n取整）

再根据，即可求出电子电量的实验值，

由此可以计算出的平均值，

推算的标准偏差为：

便可知道实际测量值：

而公认值则为：

相对误差 

数据表=，（动态法）

代入计算得数据如下：

便可以求出的平均值：

                       

其中的不确定度

即得

公认值：

相对误差 

 

六、总结

   油滴实验中将微观量测量转化为宏观量测量的巧妙设想和精确构思，以及用比较简单的仪器，测得比较精确而稳定的结果等都是富有启发性的。

实验中的油滴甚为微小，其线度约为微米数量级，可与空气分子的平均自由程相比拟。这样，空气就不能看作是连续的媒质了，所以必须进行修正

在做实验时应注意的事项：

1．实验完毕即切断电源。

　　2．本实验重点是实验方法、实验设计思想的学习和训练。特别要强调实验中必须耐心和细心，对实验结果一定要实事求是。

　　3．注意保护显微镜。所有镜头出厂前均已经过校验，不得自行拆开。镜头上若有灰尘，可用吹气球将灰尘吹去，镜头表面油污可用清洁的软细布沾少量酒精擦拭。

　　4．实验后用柔软的布将油滴室窗玻璃、机身的油擦拭干净，连同附件装箱放在干燥、通风的地方。

　5．由于本仪器要用高压电源，购进仪器后，要检查高压电源部分是否符合安全用电要求。

七、参考文献

1．《近代物理实验》（第三版），作者，吴思诚 王祖铨 高等教育出版社

 

第二篇：密立根油滴实验小论文

密立根油滴实验与物体带电量的测量

摘要：密立根油滴实验可以测定油滴的电量，并可验证电荷的量子性，即任何带电体所带的电量都是基本电荷的整数倍。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，通过测量下降一定高度的时间从而计算得出油滴的带电量。本实验难度较大，且存在不可避免的误差，测量物体带电量还有其他的方法，例如提高显微镜分辨率，使基本粒子与电子碰撞。

关键字：密立根油滴实验，显微镜分辨率，粒子碰撞

密立根油滴实验是实验物理学史上的经典实验，是美国物理学家密立根（R.A.Millikan）为了证明电荷的量子性而进行多次实验并由此得出结论。它证明了电荷的不连续性，即所有电荷都是公认值基本电荷的整数倍。本实验构思巧妙，测量油滴电量的方法简单，而结果却具有不容置疑的说服力。

然而实际上密立根实验的实验结果是存在瑕疵的。“密立根做了个油滴实验，量出了电子的带电量，得到一个今天我们知道是不大对的答案。 他的资料有点偏差，因为他用了个不准确的空气粘滞系数数值。 于是，如果你把在密立根之后、进行测量电子带电量所得到的资料整理一下，就会发现一些很有趣的现象：把这些资料跟时间画成座标图，你会发现这个人得到的数值比密立根的数值大一点点，下一个人得到的资料又再大一点点，下一个又再大上一点点，最后，到了一个更大的数值才稳定下来。”

e是任何客体能携带的最小的电荷量，然后它却是量子化的。随着对物质结构更深层次的研究和不断深入，近十余年来，人们又在做“油滴实验”，企图寻找分数电荷，但似乎大多都无功而返。

密立根因为此实验拿到了诺贝尔物理学奖，此奖项自然有毋庸置疑的含金量，多年的实验结果也证明了密立根油滴实验有一定的科学性，但该实验的操作过程确实容易造成较大误差，例如很难选取合适的油滴，油滴在下落过程中蒸发和部分滞留，计时的不准确等等。在多年的实验探索中，测量客体所携带电荷量的方法也有了很大的发展。

1．提高显微镜分辨率

在原子的精细结构研究不断深入的同时，19xx年两位荷兰学生根据一系列的实验事实提出了大胆的假设：电子不是点电荷，它出了轨道角动量外，还有自旋运动，它具有固有的

自旋角动量S。虽然当时这以假设在科学界被认为很荒唐，但后来的事实却证明电子的自旋概念是微观物理学最重要的概念。深入一步思考：既然电子不是点电荷，还有自旋运动，那么我们今天的“元电荷”思想是否需要改进甚至是彻底的放弃？既然有自旋运动，那么电子就应该具有内部结构（这一观点仅是假设）。在现有科学水平下人们只能对原子和分子进行观察和操纵（主要依靠的是STM技术，STM具有原子级高分辨率，它在平行和垂直于样品表面方向的分辨率分别达到0.1nm和0.01nm），如果用波长更短的波来作为成像的源，显微镜的分辨本领可进一步提高。

这给人们指明了一条新的寻找分数电荷的道路：如果能观测到电子的内部结构，就很有可能发现比e更小的基本电荷单位，目前元电荷e就得以推翻，分数电荷也就必然存在了。正如人们在发现原子的内部结构之前，并不知道原子对外不显电性是由于电子和质子所携带的电荷量都为e的缘故。这种方法在理论上具有简单易行的特点，但是要在实验中利用波长更短的波来作为成像的源确实具有很大的难度。

现在已有一些提高显微镜分辨率的研究成果：

（1）美国加利福尼亚大学尼古拉斯·法格及其同事研制成一种超级透镜，能使光学显微镜分辨率提高到60纳米，超过光学显微镜分辨率原纪录好几倍（原纪录为400纳米），令人感兴趣的是，分辨率指数仅为所用波长的1/6。

一层极薄的银膜作为超级透镜，“超级”一词不是指高分辨率本身，而是指新系统能克服所谓的衍射屏障，并能获得具有更高分辨率物体的信息，这种不寻常效应是在银膜上电子密度表面波——等离子体激元作用时获得的。

研究人员指出，虽然已拥有更高分辨率的系统，如电子显微镜和原子力显微镜，但它们需要几分钟时间来捕获图像，而光学显微镜只需几分之一秒即可获得照片。

（2）这是属于光学显微技术范围的一种提高远场光学显微镜分辨率的方法，是一个专利发明。本方法是利用均匀的照明光穿过无序金属一绝缘膜层时产生巨大的光起伏，相当于无数亚波尺度光源同时进行近场照明的效果，以及无序金属一绝缘体介质与样品之间的光耦合作用，使显微镜的分辨能力大大提高这一原理，在现有光学显微镜的光路中的载物台上放置一表面涂复有无序金属一绝缘膜层的载玻片，使该显微镜在最优条件下的可分辨的最小距离减小到原来的2/5。本发明应用于提高光学显微镜的分辨率，简便有效、改造成本低。

2．基本粒子和电子碰撞

我们换一种思维方式。当年卢瑟福提出原子的核式结构模型，最主要的试验是 粒子散射实验。虽然人们的视觉还没有延伸到原子水平，但可以通过一基本粒子（如实验中的a

粒子）与要研究的粒子（实验中的a原子）发生相互作用来考察。要研究电子的内部结构，可以借鉴卢瑟福这一思想，用一更基本的粒子（其线度要求要远小于电子线度，这主要是考虑到基本粒子能否进入到电子内部，从而产生有效相互作用）来轰击电子，通过分析实验结果来认识电子的内部结构，从而有可能发现比e更基本的电荷单位。该实验最大的问题是选择何种粒子并如何完成基本粒子与电子的碰撞，而最主要的是基本粒子的选择。可能这并不比提高显微镜的分辨率简单。

密立根油滴实验、提高显微镜的分辨率、粒子间的相互作用，这三种方法在研究任何客体能携带最小电荷量方面各有优缺点。

撰写时间：20xx年x月x日

参考文献：《密立根油滴实验与电荷的量子化》

专利号ZL02155412.9

网络资料

 

第三篇：初中生物学实验论文

怎样教好初中生物

                元阳县小新街乡中学         钱正国

在人类21世纪的今天，生命科学与生物技术已经发展成多学科综合渗透的高科技领域，而且成为21世纪高科技发展的三大支柱之一，在我国也越来越重视和发展生物技术。但是在我们边疆地区还没有人重视这门学科，之所以边疆的经济就这么的落后。然而生物学科在我国是初中学校不重视的学科，学校的眼中一直是“小学科”，老师眼中的“豆芽科”，学生眼中的“副科”，我国应该如何改变现状呢?我们在生物教学方面又应该如何运用.?如何才能让学生更好的学好生物呢?

一、绪论

    1.研究背景及目的

      从教初中生物多年，历经了课程内容的几次改革。当本学科中《生理卫生》还是升学考试科目之一时，由于其与人体自身结合紧密，内容不多，且通俗易懂，是学生拿分的好学科，在学校老师和学生心目中都是宝贝。

2.主要研究内容

      本文主要主要研究初中生物的地位以及如何学好生物,教好生物，通过理论与企业实践相结合，归纳出在我国生物教学大环境下，中小学校生物学科的职业化塑造之路。

3.主要研究方法

      本文主要采用的研究方法有文献查找法，例证法，归纳总结法等等。    二、论初中生物的地位

     据报载美国《科学》杂志评出20##年度十大科学突破，进行研究荣登榜上首，除此项外，还有：植物研究丰收年、重要蛋白质的特写、分子信号共计四项，都是有关生物科学方面的。

三、该怎样教好初中《生物》

     根据多些实践表明，有的从初中升入中等师范学校的学生，初一学过的最常见的蔬菜名称都不会写，如把“莴苣”写成“窝菊”，把“菠菜”写成“波菜”，把“荠（ｊｉ）菜”写成“齐（ｑｉ）菜”等，常见植物属于什么科，除了对十字花科的白菜较熟悉外，其他的几乎都不认识。

1.用实践学习生物

脑功能定位学说表明，人类大脑由两半球构成，大脑对人体的运动和感觉的管理是交叉的，左半球的功能 侧重于逻辑思维，如语言、逻辑、教学、分析、判断等；右半球侧重于形象思维，如空间、图形、音乐、美术 等。左、右脑半球犹如两种不同类型的信息加工系统，它们各司其职，相辅相成，相互协作，共同完成思维活动。左右两半球信息交换的生理结构是胼胝体，它由两亿条神经纤维组成，每秒钟可以处理两半球之间往返传递的40亿个信息。传统的生物教学，重视逻辑思维的培养，轻视形象思维的发展，不专注于实践的作用，同时影响着智力的提高。因此，我们应主攻思维能力的培养，强化实践的锻炼。

2.研究性学习生物学

所谓研究性学习，国内学术界有如下几种认识：①泛指学生主动探究问题的学习，即学生在教师指导下，以类似科学研究的方式去获取知识，应用知识解决问题。②指学生在科学课中自己探讨问题的学习方九③从课程结构上看；“综合实践活动”的设置，它包括三类指定领域，即研究性学习、社会实践和社区服务、劳动技术教育。其中研究性学习是核心。 

生物学作为一门与社会发展密切联系的自然学科，在新世纪有着广阔的发展前景。从人类基因组计划到致癌基因、从转基因动、植物到克隆基因。从线粒体基因到人类妈祖”非洲夏娃”、从餐桌上的转基因食品到DNA侦破技术等等，渐渐地成为有文化的公民必备的常识。其中“生命科学”、“转基因工程”、“克隆技术”，已经在很多领域显示出了其领先科学的优势，生物学与其它学科的相互渗透及“生物实验”’的普及，对“研究性学习”的引入创造了有利条件。生物学实验中的验证性实验及探究性实验，非常适合初中学生进行“研究性学习”。通过上述学习，可以使学生主动获取有关生物体结构、功能及进化方面的理论知识。生物学与地理等学科结合，可以为学生创造探索生物多样性与环境保护、植被破坏与水土流失、乱伐森林与沙尘暴、雪尘暴肆虐的关系，以及环境污染与人类疾病发生关系的调查。“研究性学习”渗透的目的  研究性学习是以学生的自主性，探索性学习为前提，以学生感兴趣的生物学问题为研究主题，以个人或小组活动方式进行专题研究，建立起师生平等、民主，教学相长的教学过程，有效提高学生分析问题

四、浅析生物教学中的能力培养

     学生创新能力、实践能力、综合运用知识能力是当前课堂教改的主要目的。“以能力立意”是优化课堂结构，规范课堂教学的主导原则，笔者在教学实践中就学生能力培养进行了以下探索：能力是在理解掌握规律性知识和运用知识训练过程中逐步培养和发展起来的。扎实的基础知识是培养和发展能力的前提。因此，能力培养不仅不能削弱“双基”而且必须基础知识扎实，基本技能训练纯熟。在新授课教学中教师的主导作用要落实到不断引发学生积极思维上，通过不断设问，引导，启发学生思维，从中提高分析解决问题的能力。比如在《质壁分离和复原》实验中，学生已观察和掌握了30%蔗糖溶液出现的现象后，进一步设问：如果换成50%的蔗糖溶液会如何？30%的硝酸钾溶液又如何？进而联系生产实际，提出“如果一次施肥过多会造成什么危害，”如此环环相扣，进一步设问，学生会从中归纳出知识规律性。又如《生长素发现过程》实验，教师要对实验层层详细分析，从中培养学生科学的思维方法和严谨求实的科学态度。这些都是学生能力提高的必由之路，长期坚持下去，会为学生发展奠定坚实牢固的基础。

五、生物学的快速发展

     在自然科学还没有发展的古代，人们对生物的五光十色、绚丽多彩迷惑不解，他们往往把生命和无生命看成是截然不同、没有联系的两个领域，认为生命不服从于无生命物质的运动规律。不少人还将各种生命现象归结为一种非物质的力，即“活力”的作用。这些无根据的臆测，随着生物学的发展而逐渐被抛弃，在现代生物学中已经没有立足之地了。

    20世纪特别是40年代以来，生物学吸收了数学、物理学和化学等的成就，逐渐发展成一门精确的、定量的、深入到分子层次的科学。人们已经认识到生命是物质的一种运动形态。生命的基本单位是细胞，它是由蛋白质、核酸、脂质等生物大分子组成的物质系统。生命现象就是这一复杂系统中物质、能和信息三个量综合运动与传递的表现。生命有许多为无生命物质所不具备的特性。例如，生命能够在常温、常压下合成多种有机化合物，包括复杂的生物大分子；能够以远远超出机器的生产效率来利用环境中的物质和能制造体内的各种物质，而不排放污染环境的有害物质；能以极高的效率储存信息和传递信息；具有自我调节功能和自我复制能力；以不可逆的方式进行着个体发育和物种的演化等等。揭露

生命过程中的机制具有巨大的理论和实践意义。

现代生物学是一个有众多分支的庞大的知识体系，本文着重说明生物学研究的对象、分科、方法和意义。关于生命的本质和生物学发展的历史，将分别在“生命”、“生物学史”等条目中阐述。

    在17世纪，近代自然科学发展的早期，生物学的研究方法同物理学研究方法大不相同。物理学研究的是物体可测量的性质，即时间、运动和质量。物理学把数学应用于研究物理现象，发现这些量之间存在着相互关系，并用演绎法推算出这些关系的后果。生物学的研究则是考察那些将不同生物区别开来的、往往是不可测量的性质。生物学用描述的方法来记录这些性质，再用归纳法，将这些不同性质的生物归并成不同的类群。18世纪，由于新大陆的开拓和许多探险家的活动，生物学记录的物种几倍、几十倍地增长，于是生物分类学首先发展起来。生物分类学者搜集物种进行鉴别、整理，描述的方法获得巨大发展。要明确地鉴别不同物种就必须用统一的、规范的术语为物种命名，这又需要对各种各样形态的器官作细致的分类，并制定规范的术语为器官命名。这一繁重的术语制定工作，主要是C.von林奈完成的。人们使用这些比较精确的描述方法收集了大量动、植物分类学材料及形态学和解剖学的材料。

    18世纪下半叶，生物学不仅积累了大量分类学材料，而且积累了许多形态学、解剖学、生理学的材料。在这种情况下，仅仅作分类研究已经不够了，需要全面地考察物种的各种性状，分析不同物种之间的差异点和共同点，将它们归并成自然的类群。比较的方法便被应用于生物学。

    到了19世纪，物理学、化学比较成熟了，生物学实验就有了坚实的基础，因而首先是生理学，然后是细菌学和生物化学相继成为明确的实验性的学科。19世纪80年代，实验方法进一步被应用到了胚胎学，细胞学和遗传学等学科。到了20世纪30年代，除了古生物学等少数学科，大多数的生物学领域都因为应用了实验方法而取得新进展。

 六、生物学的未来及展望

     随着生命科学的发展，生物学理论与技术的发展和应用已渗透到生命科学的各个领域。但是全球性的环境污染一定程度上改变了自然地理环境，将使植物种群面临一个全新环境。污染敏感种逐渐消失，抗性种质被保存并得以进化。因此，植物的分化进化研究成为进化生态学的重要领域。同工酶、rflp、pcr、rapd等分子生物学技术已成为重要研究手段并广泛应用于植物抗性进化研究中。

因此，生物学将在不久的将来，将成为继科学之后重要的学说。

参考资料：

1、《我国活动教育的回顾与前瞻（代序）》全国活动课程与活动教学专业委员会主任委员吴惠青

2、《愉快教育》基础教育课程改革教师通识培训书系。

3、《生物新课程标准解读》

4、《活动教学》基础教育课程改革教师通识培训书系。