CN205827744U - 一种油滴实验演示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种油滴实验演示装置，涉及物理实验教学领域，包括油滴室、电源和演示器；所述油滴室上部设置有喷雾装置，所述喷雾装置下方设置有多个相互平行的电极板；两相邻的所述电极板间，所述油滴室的壁上设置有针孔摄像头和阶梯刻度仪；各相邻所述电极板分别通过不同的电极与电源相连接，所述电极板上设置有孔；所述针孔摄像头与演示器有线和/或无线连接；本实用新型能够有效进行油滴演示实验，并且具有简单高效、精确度高、维修清洁方便的特点。

Description

一种油滴实验演示装置

技术领域

本实用新型涉及物理实验教学领域，具体涉及一种油滴实验演示装置。

背景技术

油滴实验(Oil-drop experiment)，是美国芝加哥大学物理学家罗伯特·安德鲁·密立根及其学生哈维·福莱柴尔(Harvey Fletcher)在1909年所进行的一项物理学实验。罗伯特·密立根因此实验而获得1923年的获得诺贝尔物理学奖。此实验的目的是要测量单一电子的电荷。方法主要是平衡重力与电力，使油滴悬浮于两片金属电极之间。并根据已知的电场强度，计算出整颗油滴的总电荷量。重复对许多油滴进行实验之后，密立根发现所有油滴的总电荷值皆为同一数字的倍数，因此认定此数值为单一电子的电荷e。

传统油滴实验通常将密闭容器内喷入油滴，并使用两片电极施加电压以使油滴处于电势之中，通过显微镜进行观察和人工测定。实验步骤繁琐效率低下，并且须配备多套实验仪器并逐一指导，以满足学生实验的要求。该类仪器随着使用次数增加，电极及显微镜刻度上多沾满油滴，大大影响了实验精度以及观测效果，清洁维修不便。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种油滴实验演示装置，能够有效进行油滴演示实验，并且具有简单高效、精确度高、维修清洁方便的特点。

一种油滴实验演示装置，包括油滴室、电源和演示器；所述油滴室上部设置有喷雾装置，所述喷雾装置下方设置有多个相互平行的电极板；两相邻的所述电极板间，所述油滴室的壁上设置有针孔摄像头和阶梯刻度仪；各相邻所述电极板分别通过不同的电极与电源相连接，所述电极板上设置有孔；所述针孔摄像头与演示器有线和/或无线连接。

在本实用新型的一类优选实施方式中，所述阶梯刻度仪设置于所述针孔摄像头前方，所述阶梯刻度仪为阶梯状，所述阶梯刻度仪的阶梯上设置有刻度。优选所述阶梯刻度仪内设置有光源。所述针孔摄像头能够对带电油滴进行实时拍摄，避免了使用显微镜人工观测带来的误差以及视疲劳。前方设置的所述阶梯状刻度能够清晰的对油滴的下降距离和轨迹进行参照，解决了长 期使用后刻度模糊，无法辨别的问题。内置所述光源能够对油滴室内光照进行补充，使阶梯刻度和油滴的拍摄影像更为清晰。

根据本实用新型，优选的，所述孔设置有多个。该优选特征能够使单次油滴实验在针孔摄像头的拍摄下获得多组实验数据，提高演示及实验效率。且所述孔的间距优选随着所述孔与所述喷雾装置的距离增大而减小。经研究发现，在油滴喷雾过程中，部分油滴不仅能够获得水平方向的动量，还能获得除重力外带来的竖直方向的动量。所述孔的位置设置，能够将因喷雾受力而获得较多竖直动量的油滴筛除，使其无法通过所述孔而落于上层电极板上，增加油滴演示实验精度。并且随着空气的摩擦阻力作用，该竖直动量逐渐减少。因此，后续相对较高的孔密度能使仅具有重力以及空气阻力所带来加速度的油滴更多地通过所述孔，提高了油滴演示实验的效率。

优选的，所述电极板通过滑轨与所述油滴室的壁相连接。在优选的实施例中，在油滴室内所述电极板的一侧设置有卡块。所述装置可方便地将所述各电极板从油滴室内抽出，进行清洁。所述卡块可防止电极板从油滴室内滑脱而受到损坏。

根据本实用新型，所述喷雾装置内有油墨，所述油墨颜色为彩色。该优选特征能够使油滴更为明显，易于在拍摄的图像中进行分辨，提高实验准确性。

本实用新型所带来综合效果包括：

本实用新型构造简单合理，能高效地进行密立根油滴实验的演示操作。一次实验即可获得多组实验数据。并且简单准确，刻度清晰观测方便，减少了人工观测以及油滴初始竖直加速度带来的误差。

附图说明

其中，在附图中相同的部件用相同的附图标记；附图并未按照实际的比例绘制。

图1为实施例中使用本实用新型装置进行油滴实验的示意图。

图2为实施例中本实用新型装置的油滴室及电源的结构示意图。

具体实施方式

在实施例中，本实用新型所未述及油滴实验的实验方法，如数据处理方法和数据计算公式，采用常规油滴实验进行。具体采用201110289854.2发明专利申请所述方法进行。

实施例

一种油滴实验演示装置，包括油滴室1、电源2和演示器；所述油滴室上部设置有喷雾装置3，所述喷雾装置3下方设置有多个相互平行的电极板4；两相邻的所述电极板4间，所述油滴室1的壁上设置有针孔摄像头5和阶梯刻度仪6；各相邻所述电极板4分别通过不同的电极与电源2相连接，所述电极板4上设置有孔41；所述针孔摄像头5与演示器有线和/或无线连接。本实施例所用电源为锂聚合物电池。

其中，所述阶梯刻度仪6设置于所述针孔摄像头5前方，所述阶梯刻度仪6为阶梯状，所述阶梯刻度仪6的阶梯上设置有刻度。所述阶梯刻度仪6内设置有光源61。所述针孔摄像头5能够对带电油滴进行实时拍摄，避免了使用显微镜人工观测带来的误差以及视疲劳。前方设置的所述阶梯状刻度6能够清晰的对油滴的下降距离和轨迹进行参照，解决了长期使用后刻度模糊，无法辨别的问题。内置所述光源61能够对油滴室内光照进行补充，使阶梯刻度和油滴的拍摄影像更为清晰。

并且，所述孔41设置有多个。该优选特征能够使单次油滴实验在针孔摄像头5的拍摄下获得多组实验数据，提高演示及实验效率。且所述孔41的间距优选随着所述孔与所述喷雾装置3的距离增大而减小。经研究发现，在油滴喷雾过程中，部分油滴不仅能够获得水平方向的动量，还能获得除重力外带来的竖直方向的动量。所述孔41的位置设置，能够将因喷雾获得较多竖直动量的油滴筛除，使其无法通过所述孔41而落于电极板上，增加油滴演示实验精度。并且随着空气的摩擦阻力作用，该竖直动量逐渐减少。因此，后续相对较高的孔密度能使仅具有重力以及空气阻力所带来加速度的油滴更多地通过所述孔41，提高了油滴演示实验的效率。

在本实施例中，所述电极板4通过滑轨与所述油滴室1的壁相连接。在优选的实施例中，在油滴室1内所述电极板4的一侧设置有卡块42。所述装置可方便地将所述各电极板4从油滴室1内抽出，进行清洁。所述卡块42可防止电极板4从油滴室1内滑脱而受到损坏。

本实施例中，所述喷雾装置内有油墨，所述油墨颜色为绿色。该绿色油墨使油滴更为明显，易于在拍摄的图像中进行分辨，提高实验准确性。

本实施例所用演示器包括无线投影仪及幕布，所述无线投影仪通过wifi高频无线信号与所述针孔摄像头5相连，并进行数据信号传输。

实验方法：

1.将装置电源打开。

2.电源调节置于0V位置，旋开油滴室1盖子，把水准器放置在上极板面上，将油滴室调节水平。调节针孔摄像机5聚焦，使阶梯刻度上刻线明显清晰。再把大头针插入上板中部位置附近的小孔中，调节光源，直到从摄像头中观察大头针周围光场最明亮、范围最大和光强均匀为止，然后拨出大头针拧上盖子准备喷油。

3.用喷雾装置3将油滴喷入油滴室1内，利用针孔摄像头5从幕布图像中观察油滴运动情况。实验时使油滴自由落下，然后再加上电场使多数油滴向上运动。这样在重力和电场力交替作用下，让多个油滴反复上升、下落若干次。

4.利用所摄录像，反复观测记录多个油滴n次下落一定的距离L(显微镜分划板刻线的距离)，所经历的总时间tg总，记录同一油滴n次上升同一距离L，所经历的总时间tE总(两次记录必须是对同一油滴)，用油滴所通过的总距离nL分别除以总时间tg总及tE总就得出vg和vE利用公式(4)算出油滴所带的电量q。

5.按照上述方法计算6－10组不同油滴所带的电量。

6.数据处理及误差分析。

本实用新型构造简单合理，能高效地进行密立根油滴实验的演示操作。一次实验即可获得多组实验数据。并且简单准确，刻度清晰观测方便，减少了人工观测以及油滴初始竖直加速度带来的误差。可以方便地应用于油滴实验的演示教学当中，无须进行单一指导。

以上参考了优选实施例对本实用新型进行了描述，但本实用新型的保护范围并不限制于此，任何落入权利要求的范围内的所有技术方案均在本实用新型的保护范围内。在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。

Claims (7)

1.一种油滴实验演示装置，包括油滴室、电源和演示器；所述油滴室上部设置有喷雾装置，所述喷雾装置下方设置有多个相互平行的电极板；两相邻的所述电极板间，所述油滴室的壁上设置有针孔摄像头和阶梯刻度仪；各相邻所述电极板分别通过不同的电极与电源相连接，所述电极板上设置有孔；所述针孔摄像头与演示器有线和/或无线连接，阶梯刻度仪设置于所述针孔摄像头前方，所述阶梯刻度仪为阶梯状，所述阶梯刻度仪的阶梯上设置有刻度。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阶梯刻度仪内设置有光源。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述电极板中，所述孔设置有多个。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述电极板中，所述孔的间距随着所述孔与所述喷雾装置的距离增大而减小。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，所述电极板通过滑轨与所述油滴室的壁相连接。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在油滴室内所述电极板的一侧设置有卡块。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述喷雾装置内有油墨，所述油墨颜色为彩色。