大学生物理竞赛论文格式范例

实验测定库仑比例常数K值

刘某某、王某某

重庆某某大学某某学院，重庆 400074

摘要 该实验采用了点电荷的电场特点，巧妙的运用了圆周运动公式来测库仑常数k，进而验证库仑常数的值。实验中平行电板对电子进行加速，然后运用磁场对速度进行选择，产生的水平速度的电子就可以在点电荷中圆周运动了。

关键字 匀强电场；磁场；圆周运动；电子激发器；速度选择 中图分类号： 文献标识码：

Experimental Determination of the proportion of constant K value of the

Coulomb Liu Gang, Wang Ke

School of Civil Engineering and Architecture, Chongqing Communication

University, Chongqing 400074

Abstract The experiment using the point charge electric field

characteristics, clever use of a circular motion formula to measure the Coulomb constant, k, and then verify that the value of the Coulomb constant. Experiments in parallel panels of electrons accelerated, and then choose the use of magnetic field on the speed, the resulting horizontal velocity of the electron can be in the point charge in a circular motion. Keywords uniform electric field; magnetic field; circular motion; electronic excitation device; speed selection 1、引言

曾经库仑用扭秤实验测得K值，测量的方法用了放大两次。真是妙不可言。但是我们的实验室不可能有那么精细的仪器，于是我们开始用我们用过的实验仪器设计个实验来粗略测量，验证它的正确性。与此同时我们也可以更好的了解点电荷的电场。 2、实验设计思想

2.1、实验原理

如图2.1所示：点电荷等位电场是一个以点电荷为中心的同心圆，图中的半径为R的圆为其中之一，中心为带正电的小球（r

eUd

1

mV2（1） 2

电子由B的屏蔽通道穿过到达C，B、C间一水平向右的均匀磁场，对V进行

进一步选择，以V的水平初速度进入Q电场，由于电场力的作用，当刚好提供其运动的向心力时，所以可得：

eQKmV2

（2） 2

RR

联解（1）（2）式可得：

K

2UdR

Q

用游标卡尺测得d和R，再测得Q，控制电压U使得电子刚好打在D处时测电压U，即可求出K。 2.2、实验设备和方法

电源2个，电线若干，电压表2个，灵敏电流表，电阻，滑动变阻器，荧光屏，光电效应实验装置，螺线管（BC段），带点荷为Q的小球，螺旋测微仪，平行电板。

电子激发器：由光电效应装置充当，当光的频率刚等于f，hfW逸，h为普朗克常数，当频率与普朗克常数的乘积大于逸出功时，电子被激发从k极逃出，为实验提供自由电子，电压V产生的电场让电子减速，当灵敏电流表刚好有偏转，即电子刚好到达L极，可认为到达A的电子初速度为零。

电路：调节滑动变阻器R’，可使平行电板两端带不同的电压，电压表V1可以直接测出。

平行电板带电压时，会形成一个匀强电场，左负右正，可对放出的电子进行加速，由于电子是自由进入电场的，可视为无初速度。当通过电场时，电子便有了动能，EKeUd。

螺线管：当通入均匀变化的电流时，可产生一个水平的匀强磁场，如果电子速度不水平，在磁场中会发生偏转，而不能射出。所以他可以对速度方向进行选择。

带点小球为实验提供一个点电荷式的电场，所以小球应该尽量的小。而且实验尽量屏蔽，使其不受外部的影响。

荧光屏可以接受电子，而产生一个亮点，有利于螺旋测微仪的测量和实验者观察。

2.3、实验过程

1）按图组装电路和所有仪器，放入Q。 2）调节r使G刚好有偏转。

3）将电压V1由大开始调小，直到亮点打到D处时测得U值和R值。 4）向上移动Q一定距离，调节U使得亮点打在D处，DQ=CQ。由电压表V1和螺旋测微仪分别测得U、R的值。

5）反复3的做法10次测得十组数据。用逐差法处理数据。 6）收拾仪器，关闭电源。 2.4、注意事项：

1）实验应该尽量在真空屏蔽下完成。

2）为了防止库仑力过大使电荷打在小球上，所以电压由大到小调节不能由小到大调节。Q应该上移而不是下移。 3)调节电压时要仔细，慢，耐心。 3、实验结果与分析

3.1、数据记录如下表所示：

9

2

2

3.2、数据处理：（K08.98810NmC）

R10R5R9R4R8R3R7R2R6R1

5

UU5U9U4U8U3U7U2U6U1

10

5

2 QEr

|K0|

K0

KErKK4、结果分析：

实验可能出现的结果：

1）屏蔽不好，使电子在电场中受到多方面的力，而未形成圆周运动； 2） 电子激发器中光的频率太大，使电子初速度很大，影响速度计算，造成实验错误；

3） 螺线管长度太短，速度选择太差，使出来的速度未水平，影响实验结果。 5、实验总结：

从实验的整个原理来看，实验中的电子激发器和荧光屏均可以在示波器上找到，而电路更是随处可见，带点小球和螺线管也不是什么稀罕的东西。所以用这个实验方案可以使实验更为普及，但是在扭秤实验中的带电小球的电荷测量有些困难这个问题还未解决，屏蔽设施要求虽减弱，但还是较严，还有待其他工作者去挖掘了。

基金项目：

作者简介：刘X，男，出生于19XX年X月，攻读学士，E-mail:[email protected] 王X，男，出生于 19XX年X月，攻读学士，E-mail:[email protected] 导师简介：韩XX，男，出生于19XX年X月，硕士 ， E-mail:[email protected] 通信联系人：E-mail: [email protected]

参考文献：

罗益民,余燕.大学物理(下). 北京：北京邮电大学出版社, 2004. 3～6, 44～47,84～86,249～253

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