高校物理 要点・解法ノート
差がつく

電気素量(ミリカンの実験)

着眼点油滴の電気量はすべて電気素量 e の整数倍。電場からの力と重力(と空気抵抗)のつり合いから電気量を求める。

qE = mg\quad(\text{静止させたとき}),\qquad E = \frac Vd

電気素量 e \approx 1.6\times10^{-19}\ \mathrm{C}。

例題
1
測定した油滴の電気量が 3.2\times10^{-19}、4.8\times10^{-19}、8.0\times10^{-19}\ \mathrm{C} であった。これらから考えられる電気素量を求めよ。
解答
どれも 1.6\times10^{-19} の整数倍(2倍・3倍・5倍)で、これ以上大きい共通の単位はない。よって 1.6\times10^{-19}\ \mathrm{C}。
2
間隔 5.0\times10^{-3}\ \mathrm{m} の水平な平行板に 500\ \mathrm{V} をかけると、質量 4.9\times10^{-15}\ \mathrm{kg} の油滴が静止した。油滴の電気量は電気素量の何倍か。g = 9.8\ \mathrm{m/s^2}、e = 1.6\times10^{-19}\ \mathrm{C}。
解答
E = 500/5.0\times10^{-3} = 1.0\times10^5\ \mathrm{V/m}。q = \frac{mg}{E} = \frac{4.9\times10^{-15}\times9.8}{1.0\times10^5} \approx 4.8\times10^{-19}\ \mathrm{C}これは e の 3倍。
ポイント実際の実験では、終端速度(空気抵抗 kv と重力のつり合い)から油滴の大きさ・質量を求める手順が誘導される。

「電子と光・原子と原子核」の項目

  1. 電気素量(ミリカンの実験)差がつく
  2. 光子のエネルギーと運動量必須
  3. 光電効果必須
  4. X線の発生(連続X線と固有X線)差がつく
  5. ブラッグ反射差がつく
  6. コンプトン効果差がつく
  7. 物質波(ド・ブロイ波)必須
  8. ボーアの原子模型(水素原子)必須
  9. 原子核の構成と放射性崩壊必須
  10. 放射線の性質と単位必須
  11. 半減期必須
  12. 質量とエネルギーの等価性・質量欠損と結合エネルギー必須
  13. 核反応・核分裂・核融合差がつく
  14. 素粒子と基本的な力不要

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