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密立根油滴实验习题及答案

密立根油滴实验是物理学中一个经典的实验,用于测定电子电荷的基本单位。这个实验不仅帮助科学家确认了电子的存在,还首次精确测量了电子的电荷量。下面我们来看一些关于密立根油滴实验的习题及其解答。

习题1:

在密立根油滴实验中,如果油滴的质量为m=1.67×10^-15 kg,重力加速度g=9.8 m/s²,油滴受到的电场力为F_e=3.2×10^-14 N,请计算油滴所带电荷的数量n。

解:

油滴受到的重力G = mg = 1.67×10^-15 × 9.8 = 1.6366×10^-14 N

电场力F_e = nq,其中q为电子电荷量,约为1.6×10^-19 C

因此,n = F_e / q = (3.2×10^-14) / (1.6×10^-19) = 2×10^5

所以,该油滴所带电荷的数量为2×10^5个电子电荷。

习题2:

假设在一个实验中,观察到一个油滴在没有电场的情况下以恒定速度v下落。已知油滴的质量m=2.0×10^-15 kg,下落时受到的粘滞阻力f = 6πηrv(η为液体的粘度,r为油滴半径),如果粘滞阻力等于重力减去电场力,求油滴所带电荷的数量n。

解:

设油滴在无电场下的平衡状态时,重力等于粘滞阻力加上电场力,则有:

mg = f + F_e

即 F_e = mg - f

又因为F_e = nq,所以:

n = (mg - f) / q

代入数据:

mg = 2.0×10^-15 × 9.8 = 1.96×10^-14 N

假设f = 1.5×10^-14 N(根据具体实验条件确定)

则 F_e = 1.96×10^-14 - 1.5×10^-14 = 4.6×10^-15 N

n = F_e / q = (4.6×10^-15) / (1.6×10^-19) ≈ 2.875×10^4

因此,该油滴所带电荷的数量约为2.875×10^4个电子电荷。

以上就是两个关于密立根油滴实验的习题及其解答。通过这些习题,我们可以更好地理解如何运用物理公式来解决实际问题,并加深对电荷基本性质的认识。希望这些题目能够帮助你巩固相关知识!

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