A 級物理學 (進階物理學) / 密立根油滴實驗

電子具有有限的電荷，大約為 1.6 x 10⁻¹⁹C。這首先由羅伯特·密立根在 1909 年證明。密立根噴射油滴，這些油滴隨後透過摩擦（在噴射時）或 X 射線而帶電（電離）。然後，它們被允許落入均勻的電場中。

一旦進入均勻的電場，電場的強度就會被調整，以使油滴保持靜止。這是透過手動操作，透過顯微鏡觀察來完成的。在靜止位置，重力和電場力達到平衡 - 油滴上沒有淨力。所以，在這一點上

${\frac {qV}{d}}=mg$

透過改變兩個板之間的電壓來調整電場強度。測量油滴靜止時的電壓。然後計算每個油滴上的電荷。密立根發現，這些電荷都是 1.6 x 10⁻¹⁹C 的倍數，因此表明每個油滴上的電荷是由電荷為 1.6 x 10⁻¹⁹C 的更小電荷組成的。

問題

h = 6.63 x 10⁻³⁴ Js

c = 3 x 10⁸ ms⁻¹

g = 9.81 ms⁻²

1. 用 q 表示上面的公式。

2. 油滴的質量不容易測量。用其半徑 r 和密度 ρ 表示油滴的質量，並透過代入找到 q 的更實用的公式。

3. 密度為 885kgm⁻³，半徑為 1μm 的油滴保持在兩個相距 10 釐米的板之間靜止。這兩個板之間可能存在的電勢差是多少？

4. 如果用於電離油的 X 射線的波長為 1 nm，它們會給電子多少能量？為什麼這意味著油滴被電離？

5. 實際上，油滴在進入均勻電場時是運動的。如何對此進行補償？

解答