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    1897年汤姆孙发现电子后，许多科学家为测量电子的电荷量做了大量的探索。1907～1916年密立根用带电油滴进行实验，发现油滴所带的电荷量是某一数值e的整数倍，于是称这数值e为基本电荷。

    如图所示，完全相同的两块金属板正对着水平放置，板间距离为d。当质量为m的微小带电油滴在两板间运动时，所受空气阻力的大小与速度大小成正比。两板间不加电压时，可以观察到油滴竖直向下做匀速运动，通过某一段距离所用时间为t1；当两板间加电压U(上极板的电势高)时，可以观察到同一油滴竖直向上做匀速运动，且在时间t2内运动的距离与在时间t1内运动的距离相等。忽略空气浮力，重力加速度为g。

     

    （1）判断上述油滴的电性，要求说明理由；

    （2）求上述油滴所带的电荷量Q；

    （3）在极板间照射X射线可以改变油滴的带电量。再采用上述方法测量油滴的电荷量。如此重复操作，测量出油滴的电荷量Qi，如下表所示。如果存在基本电荷，那么油滴所带的电荷量Qj应为某一最小单位的整数倍，油滴电荷量的最大公约数（或油滴带电量之差的最大公约数）即为基本电荷e。请根据现有数据求出基本电荷的电荷量e (保留3位有效数字)。

    实验次序

    1

    2

    3

    4

    5

    电荷量Qi(10-18C)

    0.95

    1.10

    1.41

    1.57

    2.02

     

     

    【答案】

    （1）负电（2）（3）1.54×10-19C

    【解析】

    试题分析：（1）当极板上加了电压U后，该油滴竖直向上做匀速运动，说明油滴受到的电场力竖直向上，与板间电场的方向相反，所以该油滴带负电。   

    （2）设油滴运动时所受空气阻力f与速度大小v满足关系f=kv

    当不加电场时，设油滴以速率v1匀速下降，受重力和阻力而平衡，即

     

    当极板加电压U时，设油滴以速率v2匀速上升，受电场力、重力和阻力，即

     

     

    根据题意    

    解得   

    （3）     

         

    可以看出，油滴带电量之差都近似为某个数的整数倍，即

        

        

    所以

    考点：此题考查密立根油滴实验；匀速直线运动的受力平衡问题。

     

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