密立根油滴實驗將微觀量轉化為宏觀量進行測量,揭示了電荷的不連續性,并測定了元電荷的數值。實驗設計簡單巧妙,被稱為物理學史上最美實驗之一。該實驗的簡化裝置如圖甲所示。水平放置、間距為d的兩平行金屬極板接在電源上,在上極板中間開一小孔,用噴霧器將油滴噴入并從小孔飄落到兩極板間。已知油滴帶負電。油滴所受空氣阻力f=6πrηv,式中η為已知量,r為油滴的半徑,v為油滴的速度大小。已知油的密度為ρ,重力加速度為g。
(1)在極板間不加電壓,由于空氣阻力作用,觀測到某一油滴以恒定速率緩慢下降距離L所用的時間為t1,求該油滴的半徑r;
(2)在極板間加電壓U,經過一段時間后,觀測到(1)問中的油滴以恒定速率緩慢上升距離L所用的時間為t2。求該油滴所帶的電荷量Q;
(3)實驗中通過在兩極板間照射X射線不斷改變油滴的電荷量。圖乙是通過多次實驗所測電荷量的分布圖,橫軸表示不同油滴的編號,縱軸表示電荷量。請說明圖中油滴所帶電荷量的分布特點,并說明如何處理數據進而得出元電荷的數值。

【答案】(1)該油滴的半徑為;
(2)該油滴所帶的電荷量為;
(3)電荷量的分布呈現出明顯的不連續性,這是量子化的表現,見解析。
3
η
L
2
ρg
t
1
(2)該油滴所帶的電荷量為
18
πd
U
(
1
t
1
+
1
t
2
)
η
3
L
3
2
ρg
t
1
(3)電荷量的分布呈現出明顯的不連續性,這是量子化的表現,見解析。
【解答】
【點評】
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發布:2024/6/27 10:35:59組卷:218引用:3難度:0.4
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