[发明专利]一种使用压缩空气流产生微小带电油滴的密立根油滴实验仪及实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及物理教学实验技术领域，具体涉及一种使用压缩空气流产生微小带电油滴的密立根油滴实验仪及实验方法。

背景技术

密立根油滴实验是物理学史上的一个经典实验，也是大学物理实验教学中的一个重要的教学内容。其原理是根据带电油滴在电场里受力平衡的条件可测得其平衡电压，根据斯托克斯定律使用落体法测得油滴的质量和半径，最后经过适当的修正和理论计算得到油滴的带电量。

进行密立根油滴实验需要生成大量的微小带电油滴，并且在物理实验教学实践中，实验设备还需要满足方便、低成本、重复性好的条件。然而常用的雾化设备往往无法满足要求，例如，手持式的气压喷瓶的雾化油滴体积过大，超声雾化器产生的油滴几乎不带电荷，因此都无法适合实验使用。实际中通常使用的是三角薄层喷瓶产生微小的带电油滴，然而三角薄层喷瓶由于使用的是手动按压的方式产生气流，因此油滴雾化率偏低，需要重复多次才能产生足够数量的油滴；另一方面，三角薄层喷瓶还会产生相当数量体积较大的油滴，这部分油滴会积累在油滴实验仪的油雾孔造成堵塞，因此在实验过程中往往需要多次清洁油雾孔。此外，现使用的密立根油滴实验仪，其油雾杯是和雾化器分开而并非密闭连接，因此外部空气灰尘容易进入油雾孔造成堵塞。

发明内容

本发明的第一个目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种使用压缩空气流产生微小带电油滴的密立根油滴实验仪。

本发明的另一个目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种使用压缩空气流产生微小带电油滴的密立根油滴实验方法。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种使用压缩空气流产生微小带电油滴的密立根油滴实验仪，所述实验仪包括：可调延时开关1、空气压缩机2、雾化杯3、第一连接气管4、第二连接气管5、油滴盒6、电路箱体7、显微摄像机8、显示屏9；

其中，所述的可调延时开关1通过电源导线与所述的空气压缩机2相连，所述的空气压缩机2通过所述的第一连接气管4与所述的雾化杯3相连，所述的雾化杯3通过所述的第二连接气管5与所述的油滴盒6相连，所述的油滴盒6和所述的显微摄像机8固定在所述的电路箱体7上，所述的显微摄像机8通过信号导线与所述的显示屏9相连；

所述的油滴盒6内设置有上、下两块圆形平板，所述的电路箱体7内设置有电路板，电路板通过导线与两块圆形平板相连，使两块圆形平板带有电压，此电压可通过电路板进行调节或开关，所述的电路箱体7通过电源导线与所述的显微摄像机8相连，以提供所述的显微摄像机8的工作电源。

进一步地，所述的空气压缩机2产生压缩空气流，压缩空气流经过所述的第一连接气管4进入所述的雾化杯3，使所述的雾化杯3内的油液剧烈震荡气化，进而产生油雾，油雾与所述的油雾杯3之间的相互碰撞摩擦产生电荷，最终形成大量的微小带电油滴。

进一步地，所述的可调延时开关1用于调节所述的空气压缩机2的电源打开和关闭之间的时间间隔T，通过调节时间间隔T实现控制所述的空气压缩机2的导通时间，起到控制油液雾化量的作用。

进一步地，所述的油雾杯3和所述的油滴盒6之间通过所述的第二连接气管5密闭连接。

进一步地，所述的油滴盒6的上圆形平板上有一个小孔，油滴可通过小孔进入上、下两块圆形平板之间。

进一步地，所述的显微摄像机8可拍摄上、下两块圆形平板之间油滴的实时图像并进行适当放大然后通过信号线传送到所述的显示屏9上进行显示。

进一步地，所述的空气压缩机2采用活塞泵产生高速喷射式的压缩空气流，压缩空气流通过所述的第一连接气管4传送到所述的雾化杯3，所述的雾化杯3在使用前预先装有1～5ml的液体钟油。

本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种使用压缩空气流产生微小带电油滴的密立根油滴实验方法，所述实验方法包括下列步骤：

S1、往雾化杯3加入约1～5ml的液体钟油；

S2、设置可调延时开关1的延时时间；

S3、打开空气压缩机2的电源，经过设定的延时时间后，电源自动关闭；

S4、观察显示屏9，从所看到的大量运动的油滴中选择一个适合测量的油滴T，并通过电路箱体7的电路板，调节上、下两块圆形平板之间的电压差，使此油滴T处于平衡静止状态，此电压差值即为平衡电压；

S5、通过电路箱体7的电路板，关闭上、下两块圆形平板之间的电压，此时油滴T匀速下落，通过显示屏9观察油滴T的下落距离并测量出下落时间，可算出油滴的下落速度；