Question

1．美國物理學家密立根所做的油滴實驗在近代物理學發(fā)展中占有非常重要的地位，該實驗清楚的證明了電荷的顆粒性，并確定了最小單位電荷的量值．密立根油滴實驗的原理示意圖如圖所示，兩塊平行金屬板水平放置，上板帶正電，下板帶負電，板間距為d，上板開有一小孔，噴霧器噴出大小不同的帶電油滴，經上板小孔進入兩板間，現調節(jié)兩板間電壓為U，通過左側的顯微裝置觀測到一質量為m的帶電油滴恰好靜止在兩板正中央，忽略空氣阻力和浮力，兩板間電場視為勻強電場，元電荷的電量為e，重力加速度為g．
（1）求油滴所在處電場強度E的大小及方向；
（2）求該油滴的帶電量q；說明該油滴是得電子還是失電子，并求得失電子的個數N；
（3）若將兩板間電壓調為$\frac{U}{2}$，該油滴將以多大的速度擊中極板？

Answer 1

分析 （1）根據勻強電場的電場強度與電勢差的關系即可求出電場強度；
（2）根據電場力和重力衡列式求解即可；
（3）若極板之間的電壓小，則粒子向下運動的過程中重力與電場力做功，由動能定理即可求出粒子的速度．

解答 解：（1）加電壓U時，上板帶正電，下板帶負電，所以電場強度的方向向下；大�。�
E=$\frac{U}xzrzp3j$；
（2）油滴受到的電場力等于它所受到的重力，有qE=mg
得：$q=\frac{mgd}{U}$
由于重力的方向向下，所以電場力的方向向上，與電場強度的方向相反，所以油滴帶負電，得到的電子的個數為：
N=$\frac{q}{e}$=$\frac{mgd}{eU}$
（3）當油滴勻速下落時重力和電場力做功，有：mgd-$q•\frac{U}{2}$=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$
聯立解得：v=$\sqrt{gd}$
答：（1）油滴所在處電場強度E的大小為$\frac{U}9nbh5lr$，方向向下；
（2）該油滴的帶電量是$\frac{mgd}{U}$；該油滴是得電子，得電子的個數為$\frac{mgd}{eU}$；
（3）若將兩板間電壓調為$\frac{U}{2}$，該油滴將擊中極板的速度是$\sqrt{gd}$．

點評 本題是密立根測量油滴電荷量的實驗，實質是平衡問題，根據平衡條件即可求解．