《打印OM99油滴仪使用说明讲义参考》由会员分享，可在线阅读，更多相关《打印OM99油滴仪使用说明讲义参考（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第1章 实验目的和原理【实验目的】OM99 CCD微机密立根油滴仪是用于验证电荷的不连续性及测量基本电荷电量的物理实验仪器，也是学习了解CCD图象传感器的原理与应用、学习电视显微测量方法的实验仪器。适用于理科、工科及大、中专学校的近代物理实验和普通物理实验的教学。图1【实验原理】一个质量为m，带电量为的油滴处在二块平行极板之间，在平行极板未加电压时，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，油滴将作匀速运动，速度为Vg，这时重力与阻力平衡（空气浮力忽略不计），如图1所示。根据斯托克斯定律，粘滞阻力为 式中是空气的粘滞系数，是油滴的半径，这时有 （） 图2当在平行极板上加电压
2、V时，油滴处在场强为的静电场中，设电场力q与重力相反，如图2所示，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（空气浮力忽略不计），则油滴将以匀速上升，此时速度为，则有： （）又因为 （）由上述（）、（）、（）式可解出 （）为测定油滴所带电荷，除应测出、和速度、外，还需知油滴质量，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 （）式中是油滴的密度。由（）和（）式，得油滴的半径 （）考虑到油滴非常小，空气已不能看成连续媒质，空气的粘滞系数应修正为 （）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，不必计算得
3、很精确，由（）式计算就够了实验时取油滴匀速下降和匀速上升的距离相等，设都为l，测出油滴匀速下降的时间，匀速上升的时间e，则 （）将（）、（）、（）、（）式代入（），可得 令得 /V （）此式是动态（非平衡）法测油滴电荷的公式。下面导出静态（平衡）法测油滴电荷的公式。调节平行极板间的电压，使油滴不动，Ve=0，即，由（）式可得 或者 （）上式即为静态法测油滴电荷的公式。为了求电子电荷，对实验测得的各个电荷求最大公约数，就是基本电荷的值，也就是电子电荷，也可以测得同一油滴所带电荷的改变量（可以用紫外线或放射源照射油滴，使它所带电荷改变），这时应近似为某一最小单位的整数倍，此最小单位即为基本电荷。第
4、2章 仪器特点及结构【仪器特点】密立根油滴实验是一个经典实验，但老式油滴仪操作十分困难。为此，1993年我们率先在老式油滴仪上加装CCD摄像头获得成功，推出了“组合式”电视显微密立根油滴仪，并向兄弟院校宣传推广及技术转让。（物理实验，1993，No3）1998年，我们又成功推出了“OM98 CCD 微机密立根油滴仪”。CCD 摄像显微镜、照明光路、照明光源、油滴盒、高压电源、微处理器电路等都是最新设计，具有“组合式”油滴仪无法比拟的一系列优良性能，是当今最先进的油滴仪。1999年， 进一步完善了工艺的OM99问世。u采用多路信息综合显示技术将数字电压表、数字计时器、油滴像和分划板刻度显示在同一
5、个屏幕上，学生操作直观，教师对实验情况一目了然，也方便了教学操作示范。v采用电子分划板刻度，与其它种类的油滴仪相比:(1) 采用光学分划板的油滴仪（我们1993年的产品），由于光学分划板方式要用一部分光来照亮分化板，因此观察效果相当于早晨看天上的星星；而OM99采用电子分划板，无需用光照明分划板（暗场法），相当于晚上看夜空的星星，油滴像明亮清晰，无与伦比。(2) 将印有刻度的薄膜贴在屏幕上的油滴仪，其电磁偏转方式的监视器的偏转幅度、扫描非线性极易变化，且台台不同。如刻度不能随之改变，就会带来实验精度无法保证和监视器互换、维修上的困难。监视器的球面荧光屏还有3-5mm的厚度，薄膜刻度与油滴像不在
6、荧光屏的同一个平面里，不仅观察不舒适，还会增加视觉误差。将薄膜贴在荧光屏上是手工操作，且荧光屏是球面，这些都会增加人为误差，如倾斜、歪曲、不平等。而OM99的电子分划板方式不受以上因素的影响，刻度大小自行随偏转幅度、扫描非线性变化而变化，并可随时更换任何尺寸的监视器或投影仪等设备显示方式：电压值、计时值、油滴象同屏显示，可任意送往监视器、电视机、微机、投影仪等多种终端。w一机多用做“布朗运动”实验仅须增加一只高倍显微物镜即可，其它类型的油滴仪难以做这个实验在于：(1) 分划板刻度无法随时更换；OM99备有两种分划板，可随时切换（A板：0.25mm/格，B板：0.04mm/格）。(2) 其它油滴
7、仪难以看到细小的油滴，OM99备有高倍显微物镜，实验效果明显。x平衡电压开关可以和计时开关联动设有联动开关，这样操作方便，实验顺利，可以把精力集中在物理内涵上，当然也可不联动。y增强现代科技含量，不减动手训练内容OM99油滴仪采用一系列高新科技的目的只是为了能容易地看到油滴的运动以及仪器稳定可靠不易损坏。但对油滴的操纵、控制仍需要足够的耐心和技巧，细心地进行操作，培养严谨的实验作风。这也是我们坚持不推出容易生产的“智能化油滴仪”的原因所在。z附赠OM99油滴仪实验处理软件，可生成、打印、保存实验数据报告。【仪器结构】仪器主要由油滴盒、CCD电视显微镜、电路箱、监视器等组成。油滴盒是个重要部件，
8、加工要求很高，其结构见图3。从图3上可以看到，上下电极形状与一般油滴仪不同。取消了造成积累误差的“定位台阶”，直接用精加工的平板垫在胶木园环上，这样，极板间的不平行度、极板间的间距误差都可以控制在0.01mm以下。在上电极板中心有一个0.4mm的油雾落入孔，在胶木园环上开有显微镜观察孔和照明孔。在油滴盒外套上有防风罩，罩上放置一个可取下的油雾杯，杯底中心有一个落油孔及一个档片，用来开关落油孔。在上电极板上方有一个可以左右拨动的压簧，注意，只有将压簧拨向最边位置，方可取出上极板！这一点也与一般油滴仪采用直接抽出上极板的方式不同，为的是保证压簧与电极始终接触良好。 照明灯安装在照明座中间位置，在照
9、明光源和照明光路设计上也与一般油滴仪不同。传统油滴仪的照明光路与显微光路间的夹角为，现根据散射理论，将此夹角增大为，油滴像特别明亮。一般油滴仪的照明灯为聚光钨丝灯，很易烧坏，OM99油滴仪采用了带聚光的半导体发光器件，使用寿命极长，为半永久性。8上盖板9喷雾口10油雾孔11上电极压簧12 油滴盒基座1油雾杯2油雾孔开关3防风罩4上电极5油滴盒6下电极7座架图3 CCD电视显微镜的光学系统是专门设计的，体积小巧，成像质量好。由于CCD摄像头与显微镜是整体设计，无须另加连接圈就可方便地装上拆下，使用可靠、稳定、不易损坏CCD器件。电路箱体内装有高压产生、测量显示等电路。底部装有三只调平手轮，面板结
10、构见图4。由测量显示电路产生的电子分划板刻度，与CCD摄像头的行扫描严格同步，相当于刻度线是做在CCD器件上的，所以，尽管监视器有大小，或监视器本身有非线性失真，但刻度值是不会变的。OM99油滴仪备有两种分划板，标准分划板A是83结构，垂直线视场为2mm,分八格，每格值为0.25mm。为观察油滴的布朗运动，设计了另一种X、Y方向各为15小格的分划板B。用随机配备的标准显微物镜时,每格为0.08mm；换上高倍显微物镜后(选购件)，每格值为0.04mm，此时，观察效果明显，油滴运动轨迹可以满格。进入或退出分划板B的方法是，按住“计时停”按扭大于5秒即可切换分划板。在面板上有两只控制平行极板电压的三
11、档开关，控制上极板电压的极性，控制极板上电压的大小。当处于中间位置即“平衡”档时，可用电位器调节平衡电压。打向“提升”档时，自动在平衡电压的基础上增加200300的提升电压，打向“0V”档时，极板上电压为0V。为了提高测量精度，OM99油滴仪将K2的“平衡”、“0V”档与计时器的“计时停”联动。在由“平衡”1.电源线 2.指示灯 5.调平水泡 3.电源开关 4.视频电缆 6.显微镜- 0 V 计时/停 平衡电压+ 提升平衡7.上电极压簧 8.K1 9.K2 10.联动 11.K3 12.W图4联动打向“0V”，油滴开始匀速下落的同时开始计时，油滴下落到预定距离时，迅速将由“0V”档打向“平衡”
12、档，油滴停止下落的同时停止计时。这样，在屏幕上显示的是油滴实际的运动距离及对应的时间，提供了修正参数。这样可提高测距、测时精度。根据不同的教学要求，也可以不联动。（关闭联动开关即可）由于空气阻力的存在，油滴是先经一段变速运动然后进入匀速运动的。但这变速运动时间非常短，远小于0.01秒，与计时器精度相当。可以看作当油滴自静止开始运动时，油滴是立即作匀速运动的；运动的油滴突然加上原平衡电压时，将立即静止下来。所以，采用联动方式完全可以保证实验精度。OM99油滴仪的计时器采用“计时停”方式，即按一下开关，清0的同时立即开始计数，再按一下，停止计数，并保存数据。计时器的最小显示为0.01秒，但内部计时
13、精度为1，也就是说，清0时刻仅占用1。【主要技术指标】平均相对误差：3% 平行极板间距离：5.00mm 0.01mm极板电压：DC0700V可调 提升电压：200V300V数字电压表：0999V 1V 数字毫秒计：099.99秒 0.01秒 电视显微镜：放大倍数60（标准物镜），120（选购物镜）分划板刻度：2种分划板，电子方式，垂直线视场分八格，每格值0.25mm电源：220V、50HZ第3章 实验方法与操作【仪器联接】将OM99面板上最左边带有Q9插头的电缆线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。注意，一定要插紧，保证接触良好，否则图象紊乱或只有一些长条纹。【仪器调整】调节仪器底座上的三只调平手轮，将水泡调平。由于底座空间较小,调手轮时应将手心向上，用中指和无名指夹住手轮调节较为方便。照明光路不需调整。CCD显微镜对焦也不需用调焦针插在平行电极孔中来调节，只需将
