[發明專利]一種使用壓縮空氣流產生微小帶電油滴的密立根油滴實驗儀及實驗方法

在審

• 申請號: 201710091476.4
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106652699A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 梁志強;林子琪;陳廣源
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G09B23/18
• 分類號: G09B23/18
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 羅觀祥

技術領域

本發明涉及物理教學實驗技術領域，具體涉及一種使用壓縮空氣流產生微小帶電油滴的密立根油滴實驗儀及實驗方法。

背景技術

密立根油滴實驗是物理學史上的一個經典實驗，也是大學物理實驗教學中的一個重要的教學內容。其原理是根據帶電油滴在電場里受力平衡的條件可測得其平衡電壓，根據斯托克斯定律使用落體法測得油滴的質量和半徑，最后經過適當的修正和理論計算得到油滴的帶電量。

進行密立根油滴實驗需要生成大量的微小帶電油滴，并且在物理實驗教學實踐中，實驗設備還需要滿足方便、低成本、重復性好的條件。然而常用的霧化設備往往無法滿足要求，例如，手持式的氣壓噴瓶的霧化油滴體積過大，超聲霧化器產生的油滴幾乎不帶電荷，因此都無法適合實驗使用。實際中通常使用的是三角薄層噴瓶產生微小的帶電油滴，然而三角薄層噴瓶由于使用的是手動按壓的方式產生氣流，因此油滴霧化率偏低，需要重復多次才能產生足夠數量的油滴；另一方面，三角薄層噴瓶還會產生相當數量體積較大的油滴，這部分油滴會積累在油滴實驗儀的油霧孔造成堵塞，因此在實驗過程中往往需要多次清潔油霧孔。此外，現使用的密立根油滴實驗儀，其油霧杯是和霧化器分開而并非密閉連接，因此外部空氣灰塵容易進入油霧孔造成堵塞。

發明內容

本發明的第一個目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，提供一種使用壓縮空氣流產生微小帶電油滴的密立根油滴實驗儀。

本發明的另一個目的是為了解決現有技術中的上述缺陷，提供一種使用壓縮空氣流產生微小帶電油滴的密立根油滴實驗方法。

本發明的第一個目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種使用壓縮空氣流產生微小帶電油滴的密立根油滴實驗儀，所述實驗儀包括：可調延時開關1、空氣壓縮機2、霧化杯3、第一連接氣管4、第二連接氣管5、油滴盒6、電路箱體7、顯微攝像機8、顯示屏9；

其中，所述的可調延時開關1通過電源導線與所述的空氣壓縮機2相連，所述的空氣壓縮機2通過所述的第一連接氣管4與所述的霧化杯3相連，所述的霧化杯3通過所述的第二連接氣管5與所述的油滴盒6相連，所述的油滴盒6和所述的顯微攝像機8固定在所述的電路箱體7上，所述的顯微攝像機8通過信號導線與所述的顯示屏9相連；

所述的油滴盒6內設置有上、下兩塊圓形平板，所述的電路箱體7內設置有電路板，電路板通過導線與兩塊圓形平板相連，使兩塊圓形平板帶有電壓，此電壓可通過電路板進行調節或開關，所述的電路箱體7通過電源導線與所述的顯微攝像機8相連，以提供所述的顯微攝像機8的工作電源。

進一步地，所述的空氣壓縮機2產生壓縮空氣流，壓縮空氣流經過所述的第一連接氣管4進入所述的霧化杯3，使所述的霧化杯3內的油液劇烈震蕩氣化，進而產生油霧，油霧與所述的油霧杯3之間的相互碰撞摩擦產生電荷，最終形成大量的微小帶電油滴。

進一步地，所述的可調延時開關1用于調節所述的空氣壓縮機2的電源打開和關閉之間的時間間隔T，通過調節時間間隔T實現控制所述的空氣壓縮機2的導通時間，起到控制油液霧化量的作用。

進一步地，所述的油霧杯3和所述的油滴盒6之間通過所述的第二連接氣管5密閉連接。

進一步地，所述的油滴盒6的上圓形平板上有一個小孔，油滴可通過小孔進入上、下兩塊圓形平板之間。

進一步地，所述的顯微攝像機8可拍攝上、下兩塊圓形平板之間油滴的實時圖像并進行適當放大然后通過信號線傳送到所述的顯示屏9上進行顯示。

進一步地，所述的空氣壓縮機2采用活塞泵產生高速噴射式的壓縮空氣流，壓縮空氣流通過所述的第一連接氣管4傳送到所述的霧化杯3，所述的霧化杯3在使用前預先裝有1～5ml的液體鐘油。

本發明的第二個目的可以通過采取如下技術方案達到：

一種使用壓縮空氣流產生微小帶電油滴的密立根油滴實驗方法，所述實驗方法包括下列步驟：

S1、往霧化杯3加入約1～5ml的液體鐘油；

S2、設置可調延時開關1的延時時間；

S3、打開空氣壓縮機2的電源，經過設定的延時時間后，電源自動關閉；

S4、觀察顯示屏9，從所看到的大量運動的油滴中選擇一個適合測量的油滴T，并通過電路箱體7的電路板，調節上、下兩塊圓形平板之間的電壓差，使此油滴T處于平衡靜止狀態，此電壓差值即為平衡電壓；

S5、通過電路箱體7的電路板，關閉上、下兩塊圓形平板之間的電壓，此時油滴T勻速下落，通過顯示屏9觀察油滴T的下落距離并測量出下落時間，可算出油滴的下落速度；