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v
2缓慢上升.试求油滴所带电量q ( 用d、u、k、v
1、v
2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v
1下降时,移动某一定值的竖直距离所需时间为t
1,加了电压u后以恒定速率v
2上升同一竖直距离所需时间为t
2,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(
+
)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,t
1=11.9s,u=25V,g=9.8m/s
2,试计算基元电荷的带电量(取两位有效数字).
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