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物理学家密立根早在1911年就以下述著名的油滴实验推断自然界存在基元电荷,并推出...

物理学家密立根早在1911年就以下述著名的油滴实验推断自然界存在基元电荷,并推出了基元电荷的电量,其实验过程如下:
如图所示,水平放置的两平行绝缘金属板间距为d,在上极板的中间开一小孔,使质量为m的微小带电油滴从这个小孔落到极板中,忽略空气浮力,当极板上没加电压时,由于空气阻力大小与速度大小成正比(设比例系数为k,且k>O),经过一段时间后即可观察到油滴以恒定的速率v在空气中缓慢降落.
(1)极板上加电压u时可看到油滴以恒定的速率v2缓慢上升.试求油滴所带电量q ( 用d、u、k、v1、v2等已知量表示 ).
(2)在极板上不加电压时,油滴在极板内以恒定的速率v1下降时,移动某一定值的竖直距离所需时间为t1,加了电压u后以恒定速率v2上升同一竖直距离所需时间为t2,然后又把电压撤除,使所考察的油滴又降落,并对极板内照射x射线以改变油滴的带电量,再在极板上加上同样的电压u,重复上述操作测定油滴上升的时间,即可发现(manfen5.com 满分网+manfen5.com 满分网)始终是0.00535s-1的整数倍,由此可断定:一定存在基元电荷,若已知:d=2×10-2m,m=3.2×10-16kg,t1=11.9s,u=25V,g=9.8m/s2,试计算基元电荷的带电量(取两位有效数字).

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(1)当极板上没加电压时,油滴以恒定的速率v在空气中缓慢降落,重力与空气阻力平衡,根据平衡条件求出重力.当极板上加电压u时,油滴以恒定的速率v2缓慢上升,电场力与重力和空气阻力的合力平衡,再由平衡条件求解电量. (2)根据油滴通过某一定值的竖直距离时,以恒定的速率v1下降时所需时间为t1,恒定速率v2上升同一竖直距离所需时间为t2,根据两个时间的关系式.再由(+)始终是0.00535s-1的整数倍,得出电量的表达式,求解基元电荷的带电量. 【解析】 (1)当极板上没加电压时,得到:mg=kv1,① 当极板上加电压u时,由题得;q=mg+kv2    ② 由①、②得,q=               ③ (2)由题意得,v1t1=v2t2               ④            +=0.00535ns-1(n为整数)  ⑤ 由以上①-⑤式得,q= 可见,粒子所带电量是基元电荷所带电量的整数倍,基元电荷的带电量为   e= 代入解得,e=1.6×10-19C 答: (1)滴所带电量q=. (2)基元电荷的带电量为e=1.6×10-19C.
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考点分析:
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D.Q3为正电荷,且放于B右方
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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