triển khai bộ thí nghiệm xác định giá trị điện tích nguyên tố theo phương pháp giọt dầu của millikan

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ  VĂN THỊ TRÚC LINH ĐỀ TÀI: TRIỂN KHAI BỘ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ ĐIỆN TÍCH NGUYÊN TỐ THEO PHƯƠNG PHÁP GIỌT DẦU CỦA MILLIKAN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP + U +z q.U/d -𝐹𝑟 -mg �⃗ 𝐄 Thành phố Hồ Chí Minh – 2012 d BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ  ĐỀ TÀI: TRIỂN KHAI BỘ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ ĐIỆN TÍCH NGUYÊN TỐ THEO PHƯƠNG PHÁP GIỌT DẦU CỦA MILLIKAN KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn : TS NGUYỄN LÂM DUY Sinh viên thực : VĂN THỊ TRÚC LINH Thành phố Hồ Chí Minh – 2012 LỜI CẢM ƠN Suốt thời gian qua để thực hoàn thành luận nhờ vào kiến thức tích lũy năm đại học hướng dẫn tận tình thầy Bên cạnh cố gắng thân, em nhận nhiều giúp đỡ từ thầy cô bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô khoa Vật lý truyền đạt kiến thức, thầy phụ trách phịng thí nghiệm vật lý nâng cao trường Đại học Sư Phạm tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi trình đo đạt thực nghiệm Và em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Lâm Duy, thầy trực tiếp hướng dẫn em thực khóa luận, giúp em kiến thức chuyên môn kiến thức thực tế q trình thực khóa luận Chính nhờ động viên, đơn đốc, nhiệt tình, ân cần, chu đáo thầy động lực lớn giúp em hoàn thành luận văn Em xin cảm ơn đến thầy phản biện dành thời gian đọc đóng góp ý kiến cho khóa luận hoàn thành tốt Cảm ơn bạn bè quan tâm chia sẻ thời gian qua MỞ ĐẦU Mục đích đề tài Việc phối hợp thí nghiệm chứng minh vào tiết dạy Vật lý cần thiết phù hợp với đặc trưng thực nghiệm môn học Sau trình nghiên cứu kiến thức điện tích-điện tích nguyên tố, muốn sử dụng kiến thức vào việc triển khai thí nghiệm Trong q trình triển khai thí nghiệm chúng tơi tìm ưu nhược điểm thí nghiệm có hướng khắc phục số nhược điểm để cải thiện kết thí nghiệm Vì lý nên định chọn đề tài khoa học “Triển khai thí nghiệm xác định giá trị điện tích nguyên tố theo phương pháp giọt dầu Millikan” Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu kiến thức điện tích-điện tích nguyên tố, học chất lưu - Tìm hiểu cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị - Thực thí nghiệm thiết bị có phịng thí nghiệm Vật lý nâng cao - Rút kết luận để việc sử dụng đồ dùng dạy học Vật lý ngày hiệu hoàn thiện Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Kiến thức điện tích-điện tích nguyên tố, học chất lưu Triển khai thí nghiệm - Phạm vi nghiên cứu: Thí nghiệm khảo sát chuyển động giọt dầu điện trường từ xác định điện tích nguyên tố e Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu kiến thức điện tích-điện tích nguyên tố, học chất lưu - Xác định dụng cụ, cấu tạo nguyên lý hoạt động phận thí nghiệm - Triển khai thí nghiệm Ứng dụng thiết bị vừa thiết lập để đo đạc lấy số liệu thực nghiệm - Rút kết luận Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: - Đọc, nghiên cứu tài liệu điện tích-điện tích nguyên tố, học chất lưu.; kiến thức vật lý chuyển động vật lưu chất -Nhờ giảng viên hướng dẫn bạn bè góp ý để xây dựng sơ đồ cấu tạo thiết bị thí nghiệm -Thu thập tài liệu sách mạng Internet -Tổng hợp, phân tích, chứng minh, so sánh, khái quát tài liệu thu thập Phương pháp thực nghiệm: Kiểm tra cấu tạo hoạt động phận thí nghiệm, rút ưu – nhược điểm DANH MỤC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ Hình 1.1: Nhà bác học R.A.Millikan Hình 1.2: Thiết bị thí nghiệm thí nghiệm Millikan Hình 1.3: Một vài số liệu thí nghiệm Millikam Hình 1.4: Lực tương tác hai điện tích 12 Hình 1.5: Điện trường điện tích q gây 15 Hình 1.6: Điện trường hai tụ điện 15 Hình 2.1: Lực nội ma sát hai lớp chất lưu 17 Hình 2.2: Hình 2.3: Quả cầu chuyển động tịnh tiến khối chất lưu 18 Hình 2.4: Hai mỏng nhúng vào lưu chất 19 Hình 2.5: Ống trụ dài L 20 Hình 2.6: Chất lưu chảy thành lớp 22 Hình 2.7: Chất lỏng chảy qua vật rắn, tạo thành chỗ xoáy 23 Hình 2.8: Hằng số k phụ thuộc hình dạng vật rắn 24 Hình 3.1: Mơ hình hai tụ điện thí nghiệm Millikan 26 Hình 3.2: Giọt dầu chuyển động trọng trường 26 Hình 3.3: Điện trường hai tụ 28 Hình 3.4: Giọt dầu tích điện âm lên phía 29 Hình 3.5: Tụ điện 32 Hình 3.6: Kính hiển vi 32 Hình 3.7: Đèn 33 Hình 3.8: Bơm dầu phun dạng 33 Hình 3.9: Bên ngồi cơng tắc điều khiển 34 Hình 3.10: Bên công tắc điều khiển 34 Hình 3.11: Nguồn điện 34 Hình 3.12: Hệ thống quang học 35 Hình 3.13: Sơ đồ thí nghiệm 36 Hình 3.14:Hình ảnh giọt dầu 38 Hình 3.15: Mơ hình hai tụ điện thí nghiệm Millikan 54 Hình 3.16: Giọt dầu tích điện âm lên phía 55 Hình 3.17: Sơ đồ thí nghiệm 58 Hình 3.18: Bên ngồi cơng tắc điều khiển 58 Hình 3.19: Bên cơng tắc điều khiển 58 Hình 3.12: Hệ thống quang học 59 ĐỒ THỊ Đồ thị 3.1: Khảo sát phân bố điện tích giọt dầu 42 Đồ thị 3.2: Khảo sát phân bố điện tích 75 giọt dầu 50 Đồ thị 3.3: Mật độ phân bố điện tích 75 giọt dầu 52 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU DANH MỤC HÌNH VẼ - ĐỒ THỊ ĐỒ THỊ MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VỀ ĐIỆN TÍCH - ĐIỆN TÍCH NGUYÊN TỐ 10 1.1 Lịch sử nghiên cứu điện tích 10 1.2 Điện tích- điện tích nguyên tố 16 1.2.1 Điện tích 16 1.2.2 Sự nhiễm điện vật tương tác điện từ 17 1.2.4 Định luật bảo tồn điện tích 19 1.2.5 Ðiện tích nguyên tố 20 1.3 Điện trường-lực điện trường 21 1.3.1 Định luật Coulomb 21 1.3.2 Vectơ cường độ điện trường 23 CHƯƠNG II: CƠ HỌC CHẤT LƯU 26 2.1 Hiện tượng nội ma sát- công thức Stokes .26 2.1.1 Hiện tượng nội ma sát định luật Newton [3] 26 2.2 Chuyển động chất lưu thực[2] 27 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM 34 3.1 Cơ sở lý thuyết thí nghiệm .34 3.1.1 Mục đích thí nghiệm 34 3.1.2 Cơ sở lý thuyết thí nghiệm [5] 34 3.2 Cách tiến hành-quan sát thí nghiệm 41 3.2.1 Dụng cụ thí nghiệm: 41 3.2.2 Sơ đồ thí nghiệm-lắp đặt thí nghiệm 44 3.2.3 Các bước tiến hành thí nghiệm 47 3.3 Xử lý số liệu-kết thí nghiệm [5] .50 3.3.1 Sai số phép đo giátrị điện tích giọt dầu .50 3.3.2 Số liệu có chưa lắp đặt hệ thống máy tính camera ngồi .50 3.3.3 Số liệu có lắp đặt hệ thống máy tính camera ngồi 52 3.3.4 Bán kính giọt dầu r 55 3.3.5 Điện tích giọt dầu- điện tích nguyên tố e 56 3.3.6 Mẫu thí nghiệm xác định điện tích nguyên tố e phương pháp giọt dầu Millikan 64 CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 74 4.1 Kết luận 74 4.2 Đề xuất hướng phát triển 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VỀ ĐIỆN TÍCH - ĐIỆN TÍCH NGUYÊN TỐ 1.1 Lịch sử nghiên cứu điện tích Từ năm 600 trước Công Nguyên người Hy Lạp cổ biết cọ xát hổ phách hút mẩu giấy Các nhà tư tưởng thời Cổ đại Trung đại bị vướng mắc việc thiếu công cụ, phương pháp không hồn thiện, đức tin tơn giáo tổ chức ngăn cấm, tư tưởng bảo thủ làm tiến trình nghiên cứu gián đoạn Cho đến trước năm 1672 chưa có tiến việc nghiên cứu điện Vào năm 1672, ông Otto Fon Gerryk để tay bên cạnh cầu lưu huỳnh quay nhận tích điện lớn Vào năm 1729, ơng Stefan Grey tìm số chất, có kim loại, dẫn điện Những chất gọi chất dẫn điện Ông ta phát chất khác thuỷ tinh, lưu huỳnh, hổ phách sáp khơng dẫn điện Những chất gọi chất cách điện Nhà hóa học người Pháp Charles-Franỗois de Cisternay du Fay ó lp li v dn giải thí nghiệm Guericke người khác, đến hiểu biết đầy đủ lực đẩy điện Trong thực vậy, ông thu số kết luận quan trọng, đa số vật làm cho nhiễm điện cách cọ xát chúng, chất dẫn điện tốt bị ẩm ướt Nhưng khám phá quan trọng du Fay tồn hai loại điện Ông suy luận kết luận với thí nghiệm sau Thứ nhất, nhà hóa học mang vàng đến tiếp xúc với cầu thủy tinh cách cọ xát, người ta trơng đợi hút, đẩy vàng Sau đó, ơng đặt vàng gần vật bị cọ xát khác – lần miếng nhựa copal giống hổ phách, ngạc nhiên thấy vàng hút nhựa copal Ơng trơng đợi hai vật nhiễm điện đẩy lẫn Du Fay xác định phải có hai loại điện, đặt tên loại điện thủy tinh loại điện nhựa Một số chất tạo loại điện thứ nhất, số chất phát - Giá trị điện tích giọt dầu xung quanh vị trí 3,2.10-19 C là: σ 1= 0.21.10-19C - Giá trị điện tích 27 giọt dầu xung quanh 4,8.10-19C là: σ 2= 0.27.10-19C - Giá trị điện tích 21 giọt dầu xung quanh 6.4.10-19C là: σ 3= 0.27.10-19C - Giá trị điện tích giọt dầu xung quanh 8,0.10-19C là: σ 4= 0,36.10-19C - Giá trị điện tích giọt dầu xung quanh 9,6.10-19C là: σ 5= 0,29.10-19C PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM: - Lấy giá trị trung bình giọt dầu phân bố xung quanh giá trị 3,20x10−19 C ta được: 𝑞�1 =3.14x10−19 C Tương tự giá trị 4,8.10-19C; 6,4.10-19C… 𝑞�2 =4.89x10−19 C 𝑞�3 =6.29x10−19 C 𝑞�4 =8.01x10−19 C - Tính giá trị 𝑞�5 =9.66x10−19 C ∆𝑞12 =q -q =1.75x10−19 C ∆𝑞23 =q -q =1.40x10−19 C ∆𝑞34 =q -q =1.72x10−19 C ∆𝑞45 =q -q =1.65x10−19 C Nhận xét: ta thấy ∆𝑞 có giá trị gần Tính giá trị trung bình ∆𝑞 được: - ∆𝑞 = 1.63x10−19 C Từ bảng đồ thị 3.2 kết tính tốn ta thấy điện tích giọt dầu khơng phải giá trị ngẫu nhiên Chẳng hạn, điện tích thứ xác phân nửa điện tích thứ hai Giá trị điện tích giọt dầu phân bố xung quanh giá trị định: 1,60x10−19 C, 3,20x10−19 C, 4.80x10−19 C… ( có sai lệch từ thao tác thí nghiệm) hay nói cách khác điện tích bị “lượng tử hóa" - Giá trị lượng tử gần 1,63x10−19 C Nhận xét: Điện tích giọt dầu bị gián đoạn lượng nghĩa điện tích khơng có giá trị liên tục mà có giá trị gián đoạn 1e, 2e, 3e, 4e… 1,5e; 1,6e;… Đồ thị: n(giọt) 27 21 1 q/e 10 11 Đồ thị 3.3: Mật độ phân bố điện tích 75 giọt dầu n(giọt) 30 25 20 15 n(giọt) 10 5 10 11 q/e Nhận xét: từ đồ thị 3.4 thấy phân bố điện tích 75 giọt dầu khơng Đa số điện tích tập trung nhiều 3e, 4e… cịn điện tích 1e, 5e, 6e… 10e… Ngồi ra, q trinh thực thí nghiệm ta thấy trường hợp xét giọt dầu, điện áp cung cấp cho hai tụ Tuy nhiên giá trị tốc độ ve thu sau nhiều lần đo khác lại khác Điều điện tích giọt dầu thay đổi Thấy thay đổi điện tích giọt dầu thay đổi vận tốc 𝑣𝑒 giọt dầu ∆𝑞= 𝐴𝐸 ∆ve (3.27) Bảng Sự thay đổi điện tích giọt dầu Stt U(V) vg 501.2 20.44 10−3 m/ 0.0489 ve 4.97 8.39 605.8 17.71 0.0576 8.42 4.59 605.7 23.02 0.0434 4.02 7.29 10−3 m/s q 10−19 C ∆ve 10−3 m/s (1)-(2) ∆q 10−19 C (3)-(4) 0.2012 4.8946 1e (1) (3) e=1.6048 0.1192 3.2898 (2) (4) 0.1188 (1) 3.0854 0.2179 (2) 4.8296 0.2488 4.4143 (1) (3) 0.1372 2.7283 (2) (4) 0.008 1.6048 0.0695 1.7442 (3) 1e e=1.7442 (4) 0.1116 1.686 1e e=1.686 Nhận xét: Điều có nghĩa điện tích nạp vào bội số xác định đơn vị điện tích Từ số liệu bảng 7, ta xác định thay đổi điện tích ∆q thấy ∆q bội số điện tích nguyên tố e (sai lệch ngẫu nhiên từ thao tác thí nghiệm), từ tính điện tích nguyên tố e 3.3.6 Mẫu thí nghiệm xác định điện tích nguyên tố e phương pháp giọt dầu Millikan Mục đích thí nghiệm Thí nghiệm xác định điện tích nguyên tố e theo phương pháp cổ điển Millikan cách nghiên cứu chuyển động giọt dầu điện trường Cơ sở lý thuyết thí nghiệm Điện tích nguyên tố hay điện tích electron số quan trọng vật lý Suốt năm 1909-1913 Millikan dùng thí nghiệm giọt dầu ơng đo giá trị xác điện tích nguyên tố Trong thí nghiệm này, giọt dầu quan sát khơng gian đóng kín tụ song song Bằng cách đo vận tốc giọt dầu rơi tác dụng trọng lực vận tốc lên tụ tích điện hiệu điện cao Kết thu điện tích giọt dầu Trong thí nghiệm này, giọt dầu chịu tác dụng lực: lực cản, trọng lực, lực tĩnh điện cách tính lực khác này, đo điện tích giọt dầu + + + + d Hình 3.15 Mơ hình hai tụ điện thí nghiệm Millikan Khi chưa có điện trường, giọt dầu rơi chậm theo chiều hướng xuống trọng lực lực cản khơng khí ảnh hưởng tới chuyển động giọt dầu (hình cầu) tính theo cơng thức định luật Stokes : Trong đó: 𝑟:bán kính gọt dầu 𝜂:độ nhớt môi trường 𝐹𝑟 = 6𝜋𝑟𝜂𝑣 (3.28) 𝑣: vân tốc giọt dầu (hình cầu) Với giọt dầu có khối lượng m, vận tốc đạt đến giá trị khơng đổi 𝑣𝑔 (chuyển động đều) lực cản hướng lện cân với trọng lực hướng xuống: 𝐹𝑟 = 𝑚𝑔 = 6𝜋𝑟𝜂𝑣𝑔 (3.29) Khi có điện trường E, cung cấp tụ điện, số giọt dầu di chuyển lên trên, lực cản cản trở chuyển động giọt dầu có chiều hướng xuống Nếu giọt dầu có điện tích q, chuyển động đạt tới giá trị vận tốc 𝑉𝑒 khơng đổi lực tác dung lên viết + U +z q.U/d -𝐹𝑟 �⃗ 𝐄 -mg d Hình 3.15 Giọt dầu nhiễm điện âm di chuyển lên phía 𝐸𝑞 − 𝑚𝑔 = 6𝜋𝑟𝜂𝑣𝑒 (3.30) Từ cơng thức (3) tính mg vào (2) ta thu được: 𝑞 = 6𝜋𝑟𝜂 𝐸 (𝑣𝑔 + 𝑣𝑒 ) (3.31) Vì điện trường hai tụ điện trường nên: 𝐸= 𝑈 𝑑 Với :U hiệu điện hai tụ d khoảng cách hai tụ thế: (3.32) 𝑞= 6𝜋𝑟𝜇𝑑 𝑈 (𝑣𝑔 + 𝑣𝑒 ) (3.33) Trong công thức (5) tất đại lượng biết đo ngồi trừ bán kính giọt dầu để tính bán kính giọt dầu ta dùng định luật Stokes: cầu nhỏ rơi tự mơi trường nhớt, đạt vận tốc không đổi 𝑣𝑔 = 𝜌1 :tỉ trọng dầu 2𝑔𝑟 (𝜌1 − 𝜌2 ) 9𝜇 (3.34) 𝜌2 :tỉ trọng khơng khí Do tỉ trọng khơng khí nhỏ nhiều so với tỉ trọng dầu, tỉ trọng khơng khí xem không đáng kể 𝑟=� 9𝜂𝑣𝑔 (3.35) 2𝑔𝜌1 Thế giá trị bán kính 𝑟 đại lượng biết vào biểu thức tính q: 𝑞 = 6𝜋𝜂𝑑 𝑈 9𝜂 �2𝑔𝜌 (𝑣𝑔 + 𝑣𝑒 )�𝑣𝑔 (3.36) Theo Millikan điên tích ngun tố đo theo phương pháp cịn phụ thuộc vào kích thước giọt dầu áp suất khơng khí Lúc hệ số nhớt phải là: 𝜂𝒄𝒐𝒓𝒓 = 𝜂(1 + 𝑏 −1 ) 𝑝𝑟 (3.37) Với: p:là áp suất khí đo khí áp kế( đơn vị cm Hg); b số 𝑏 = 6,17 × 10−6 ;𝑟 bán kính giọt dầu ;𝜂𝒄𝒐𝒓𝒓 độ nhớt môi trường 𝜂 = 𝟏, 𝟖𝟐 × 10−5 Ns/𝑚2 Kết điện tích giọt dầu tính: 𝒒 = 𝟔𝝅𝒅 𝑼 𝟗𝜂3 �𝟐𝒈𝜌 (𝟏 + 𝟏 𝒃 −𝟑 ) 𝟐 (𝒗𝒈 + 𝒗𝒆 )�𝒗𝒈 𝒑𝒓 (3.38) Ngồi ra, q trinh thực thí nghiệm thấy trường hợp xét giọt dầu, điện áp cung cấp cho hai tụ Tuy nhiên giá trị tốc độ ve thu sau nhiều lần đo khác lại khác Điều điện tích giọt dầu thay đổi Thấy thay đổi điện tích giọt dầu thay đổi vận tốc 𝑣𝑒 giọt dầu ∆𝑞= Dụng cụ thí nghiệm 𝐴𝐸 ∆ve (3.39) Một tụ có cấu tạo đặc biệt: gồm tụ kim loại tách Hai kính tháo cho phép chiếu ánh sáng qua quan sát di chuyển cuả giọt dầu Bản tụ có lỗ nhỏ tâm che ống trụ phía Một kính hiển vi( có thang chia độ 10mm±0,1mm): độ phóng đại 22X Nguồn sáng (đèn):(6V-10W) Cơng tắc đảo chiều Bình bơm dầu Vôn kế Giá đỡ Nguồn điện áp cao (300V… 600V):mắc nối tiếp nguồn 300V (có thể điều khiển điện áp từ 0-300V) nguồn 300V cố định có điện áp điều chỉnh từ 300V-600V Máy tính có cài chương trình Debult video để quay lại video chuyển động giọt dầu Cài chương trình Movier maker để quan sát, đo thời gian chuyển động giọt dầu khoảng cách xác định xác cho dừng hình ảnh vị trí bắt đầu tính thời gian cho dừng hình ảnh vị trí kết thúc tính thời gian ( thời gian ghi hình xác đến phần trăm giây) từ tính khoảng cách di chuyển, khoảng thời gian di chuyển xác Ngoài để đo thời gian chuyển động giọt dầu sừ dụng hai đồng hồ bấm giây 10 Camera ngồi nối kính hiển vi máy tính Sơ đồ- lắp đặt thí nghiệm Sơ đồ thí nghiệm: (như hình 3.12) Hình 3.16 Sơ đồ thí nghiệm - Nối nguồn điện với công tắc điều khiển: Công tắc (1) (2) CONDENSER INPUT (3) (4) Hình 3.17 Bên ngồi cơng tắc điều khiển Cơng tắc (1) (2) (3) (4) Hình 3.18 Bên cơng tắc điều khiển Điện trở - Hai cực nguồn nối với hai lỗ cắm INPUT, giả sử cực dương nguồn nối lỗ cắm input bên phải (4), cực âm nguồn nối lỗ cắm input bên trái (2) Hai lỗ cắm CONDENSER lại công tắc điều khiển nối với tụ điện, giả sử nối lỗ cắm bên phải (3) CONDENSER nối với tụ phía dưới, lỗ cắm bên trái (1) CONDENSER nối với tụ phía (xem lại cấu tạo công tắc điều khiển) Theo cấu tạo công tắc điều khiển khi: + Bậc công tắc qua phải cực dương nguồn nối với tụ điện, cực âm nguồn nối với tụ điện + Bậc công tắc qua trái cực dương nguồn nối với tụ điện, cực âm nguồn nối với tụ điện + Công tắc để thẳng đứng: mạch hở khơng có điện áp cung cấp cho tụ điện - Nối vôn kế vào nguồn để xác định điện áp nguồn - Gắn chặt camera ngồi vào ống kính hiển vi nối vào máy tính, mở chương trình Debult video lên Để tìm vị trí kính hiển vi, đèn, tụ cho quan sát giọt dầu rõ ta làm động tác sau: Ghim sợi dây nhỏ( giả sử sợi dây đồng lõi dây điện) vào lỗ lỗ nhỏ tụ phía Quan sát hình ảnh sợi dây máy tính => thấy hình ảnh sợi dây vệt sáng rõ tối được, lấy dây tiến hành thí nghiệm - Điều quan trọng điều chỉnh vị trí kính hiển vi đèn cho quan sát giọt dầu rõ (giọt dầu giống điểm sáng xuất đen) Hình 3.19 Hệ thống quang học đ Tiến hành thí nghiệm Bước 1: Lắp đặt thí nghiệm hướng dẫn Bước 2: Mở đèn nguồn điện lên, để công tắc điều khiển thẳng đứng Bước 3: Đo khoảng cách hai tụ điện, ý đo khoảng cách hai mép hai Ghi nhận giá trị điện áp trước bơm dầu vào Dùng nhiệt kế đo nhiệt độ phịng thí nghiệm Bước 4: Dùng bình phun dầu vào lỗ trịn hộp hình trụ phía tụ dầu rơi qua lỗ tâm phía tụ thành nhiều giọt dầu nhỏ Vừa bơm dầu xong che lỗ nhỏ ống trụ ngay, thao tác nhanh Lưu ý: để vịi phun dầu vng góc hộp hình trụ, huớng thẳng vào lỗ trịn để hạn chế văng dầu ngồi, bóp nhẹ bóng bình phun để lượng dầu rơi vào tụ ít, q nhiều khó quan sát, khó tìm giọt dầu cần quan sát để lấy số liệu Bước 5: Dùng kính hiển vi quan sát rơi giọt dầu Điều chỉnh điện áp nguồn giá trị đó: - Ban đầu để cơng tắc đảo chiều giữa( không cung cấp hiệu điên cho tụ) • Lúc giọt dầu rơi tự theo chiều hướng xuống tác dụng trọng lực P lực cản khơng khí Fr • Quan sát giọt dầu, đến giọt dầu chuyển động đều, vận tốc có giá trị khơng đổi 𝑣𝑔 • Đo vận tốc 𝑣𝑔 cách đo thời gian rơi 𝑡1 quãng đường s giọt dầu di chuyển thời gian 𝑡1 => vận tốc - 𝑣𝑔 = 𝑠 𝑡1 (3.39) Bật công tắc đảo chiều sang phải cho tụ phía nhiễm điện dương (+) • Quan sát giọt dầu trên, có điện trường tác dụng, giọt dầu di chuyển lên Đến chuyển động đều, đạt vận tốc khơng đổi 𝑉𝑒 Ta tính 𝑣𝑒 cách tính thời gian 𝑡2 quãng đường s mà giọt dầu di chuyển thời gian => vận tốc - 𝑣𝑒 = 𝑠 𝑡2 (3.40) Bật công tắc đảo chiều lại vị trí giữa, ta lại ghi thời gian 𝑡1 giọt dầu rơi quãng đường s - Lại bật công tắc đảo chiều cho tụ nhiễm điện dương Đo thời - gian 𝑡2 ′ giọt dầu lên quãng đường s Lặp lặp lại thao tác nhiều lần ta thu giá tri 𝑣𝑔 𝑉𝑒 • Tính bán kính giọt dầu 9η𝑣𝑔 𝑟=� 2𝑔ρ (3.41) • Tính giá trị q điện tích giọt dầu thơng qua công thức: - 𝐪 = 𝟔𝛑𝐝 𝐔 � 𝟗η𝟑 𝟐𝐠ρ 𝐛 −𝟑 (𝟏 + ) 𝟐 (𝐯𝐠 + 𝑉𝑒 )�𝐯𝐠 𝐩𝐫 Thay đổi điện áp nguồn, lặp lại thí nghiệm Báo cáo kết thí nghiệm Bài : Lớp: Họ tên sinh viên: Ngày thực hành: Kết thí nghiệm: Nhiệt độ phịng: Khoảng cách hai tụ: Khối lượng riêng dầu: 890kg/𝑚3 Độ nhớt môi trường: Hiệu điện hai tụ: (3.42) Giọt Quãng đường s(mm) Thời gian 𝑡1 (s) Giá Quãng đường s(mm) trị trung 𝑡�1 = (s) bình 𝑉𝑔 =s/𝑡�1 = Thời gian 𝑡2 (s) Vận tốc 𝑉𝑒 (m/s) 𝑉𝑒 =s/𝑡2 Giá bình 𝑉𝑔 =s/𝑡�1 = Tương tự tính cho giọt 3, 4, trung 𝑡�1 = (s) Giá Giọt trị Vận tốc 𝑉𝑔 (m/s) trị trung bình 𝑉𝑒 =s/𝑡�2 = 𝑡�2 = (s) Giá trung 𝑡�2 = (s) Tương tự tính cho giọt 3, 4, Điện tích q trị ne bình 𝑉𝑒 =s/𝑡�2 = E ∆e ……………… ……………… ……………… Giá trị trung bình Sai số 𝑒̅= ∆e’= Sai số toàn phần ∆e= ∆e’+ δ Sai số tương đối: δ= ∆e 𝑒̅ = Kết e= 𝑒̅ ± ∆e (C) = So sánh kết với 1.602.10−19 C CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN 4.1 Kết luận Từ việc nghiên cứu kiến thức phương pháp cổ điển Millikan với dụng cụ có phịng thí nghiệm, thiết lập triển khai sơ đồ thí nghiệm, tính điện tích giọt dầu cách đo thời gian rơi giọt dầu trường trọng lực, thời gian giọt dầu di chuyển có điện trường hai tụ điện Do sử dụng đồng hồ bấm giây để đo thời gian độ xác khơng cao Do tơi sử dụng kết hợp camera ngồi, máy tính cài đặt chương trình quay video chương trình movier make để đo thời gian Vì xem lại đoạn phim nhiều lần, chương trình movie make có đồng hồ tính thời gian xác đến 0,01s Từ chúng tơi đạt độ xác cao hơn, thao tác thực dễ dàng Tuy nhiên, thời gian thực luận văn khơng nhiều, thí nghiệm phịng Vật lý nâng cao sản xuất từ lâu, nhiều phận hư hỏng, phải thay dụng cụ khác so với nguyên thí nghiệm thiếu đồng Vì việc thực thí nghiệm gặp khó khăn 4.2 Đề xuất hướng phát triển Sau triển khai thí nghiệm này, tơi thấy nhiều nhược điểm thí nghiệm có Nếu có điều kiện tơi mong nhà trường cung cấp số thiết bị như: kính hiền vi với độ phóng đại cao hơn… giúp cho thí nghiệm hồn thiện TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bộ giáo dục đào tạo(1999),Cơ học, tr 183-205 [2]Lương Duyên Bình(2006),Vật lý đại cương, NXB Giáo dục [3] Lý Vĩnh Bê(2004),Giáo trình học, trường đại học sư phạm Tp HCM Tiếng Anh [4]The Welch Sciencetific company,Iinstruction for Cat.no.0620 hoang-millikan oil drop apparatus [5]The American physical society(1913),The physical review,Lancaster,Pa,and,N.Y Internet [6] http://360.thuvienvatly.com/index.php/bai-viet/dien-quang/424-bai-giang-dienhoc-phan-4.html [7] http://www4.hcmut.edu.vn/~huynhqlinh/project/CoNhietDC/chuong8.htm [8]http://online.physics.uiuc.edu/courses/phys401/spring12/Files/Millikan%20Oil% 20Drop/PascoManual012-06cff98123D.pdf [9] http://www.drake.edu/artsci/physics/MillikanOilDrop.pdf ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ  ĐỀ TÀI: TRIỂN KHAI BỘ THÍ NGHIỆM XÁC ĐỊNH GIÁ TRỊ ĐIỆN TÍCH NGUYÊN TỐ THEO PHƯƠNG PHÁP GIỌT DẦU CỦA MILLIKAN. .. kết thí nghiệm Vì lý nên định chọn đề tài khoa học ? ?Triển khai thí nghiệm xác định giá trị điện tích nguyên tố theo phương pháp giọt dầu Millikan? ?? Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu kiến thức điện. .. kính giọt dầu r 55 3.3.5 Điện tích giọt dầu- điện tích nguyên tố e 56 3.3.6 Mẫu thí nghiệm xác định điện tích nguyên tố e phương pháp giọt dầu Millikan 64 CHƯƠNG IV: