密立根油滴实验大学物理实验

1、密立根油滴实验,1907-1913年密立根用在电场和重力场中运动的带电油滴进行实验，发现所有油滴所带的电量均是某一最小电荷的整数倍，该最小电荷值就是电子电荷。,密立根油滴实验获得两项重大的成果： 一是证明了任何带电物体所带的电荷都是基本电荷e的整数倍，并精确测出了基本电荷的数值； 二是明确了电荷的不连续性，即电荷具有量子性。,实验目的,(1) 学习密立根油滴实验的设计思想。并测量基本电荷的电量，加深对电荷“量子性”的理解。验证电荷的不连续性。 (2) 通过对带电油滴在重力场和静电场中运动的测量，验证电荷的不连续性，并测定基本电荷值。 (3) 通过对实验仪器的调整，油滴的选择、跟踪和测量，以及实

2、验数据处理等，培养学生严谨的科学实验态度。,2. 实验仪器,密立根油滴仪,油雾室,平衡水泡,CCD物镜,极板电压转换开关,计时键,平衡电压调节,ccd,提升、平衡、下降转换开关,联动键,喷雾器,物镜平动旋钮,正负极板,显示器,开关,对比度调节,亮度调节,垂直显示调节,水平显示调节,计时显示,电压显示,实验原理,通过带电油滴在电场和重力场中受力和运动情况，测定基本电荷的电量。,实验原理,设质量为m带电量为q的油滴在两平行极板间运动，两极板间电压为U，极板间距为d。则油滴在极板间将同时受到重力和电场力的作用，如图所示。如果调节两极板间的电压U，可使电场力和重力达到平衡，即,电场存在受力图,实验原理

3、,要测定油滴所带的电量q，除了要测出V和d外，还要测出油滴的质量m，下面推导测量m的公式。,实验原理,当两平行极板间不加电压时（即电场不存在时），油滴所受的电场力随之消失，在重力作用下加速下降，同时也受空气阻力(黏滞阻力)作用，根据斯托克斯定律，黏滞阻力为,实验原理,a为油滴的半径,为空气的黏滞系数，为油滴运动的速度。油滴下降一段距离达到某一速度（收尾速度）后，黏滞阻力和重力会平衡（空气浮力忽略不计），油滴将匀速下降.,电场不存在受力图,两平行极板间不加电压时即电场不存在时,fr,mg,实验原理,考虑到油滴半径小到10-6米时，其半径与空气中分子的平均自由程可以比拟，空气不能被认为是连续介质，

4、空气的黏滞系数应做如下修正,b为修正常数，b = 8.2210-3mPa，p为大气压强（单位是Pa），a为未修正过的油滴半径。则修正后油滴半径用为,对于匀速运动的油滴，其下降的距离、所需时间和速度之间的关系为,实验原理,数据记录及处理,(1) 数据处理方法： 已知： 油的密度 = 981 kg/m3 重力加速度 g = 9.797 m / s2 空气的粘滞系数 = 1.8310-5 kg /ms 油滴下降距离 l = 2.0010-3 m 常数 b = 8.2210-3mPa 大气压 P = 1.013105Pa 平行极板距离 d = 5.0010-3 m,将以上数据代入上式得,(2) 数据表

5、格,实验步骤 -调整仪器,(1) 调整仪器底部的调平螺丝，使水准仪的气泡移到中央，这时平行极板处于水平位置，电场方向和重力平行。 (2 ) 将监视器亮度调低，对比度调到最高。 (3) 将油从油雾室旁的喷雾口喷入（1-2次即可），立刻微调显微镜的调焦手轮，使视场中出现大量清晰的油滴。,选择合适的油滴,(1) 将油滴仪的换向开关K1放在“+”或“-”上，功能键K2置于“平衡”档，观察几颗缓慢运动的油滴，并注视其中的某一颗，微调显微镜，使该油滴很清楚，在80300V之间仔细调节平衡电压使这颗油滴静止不动。 (2) 分别将K2开关置于“提升”或“0V”，观察到该油滴能够上、下自如运动，然后将其移动在屏

6、幕上某刻度线上，将K2置于“平衡”档， 使之保持平衡。,选择合适的油滴,(3) 将K2置于“0V”档，油滴下移，同时计时器自动计时，当油滴向下运动两个刻度并恰好在刻度线上时，将K2置于“平衡”，计时停止，此时屏幕右上方即显示该油滴运动两个刻度距离的时间。该时间再乘以4则是油滴匀速下降2mm的估算时间，选择这段时间在830s的油滴.,正式测量,(1) 将油滴悬于分化板上某条横线附近(最好选择在平行极板之间的中间部分)，以便准确判断出这颗油滴是否达到平衡。观察时间约十几秒，如果油滴在此时间内在平衡位置附近漂移不大，则可认为油滴在平衡状态，此时的电压为平衡电压Vn。 (2) 将油滴用K2控制移动到“

7、起跑线上”，按K3使计时器停止计时，然后将K2置于“0V”，油滴开始匀速下降的同时，计时器开始计时，到“终点”时，迅速将K2置于“平衡”，油滴静止，计时结束。此时的时间为油滴匀速下降2mm所需的时间。,正式测量,(3) 对于同一颗油滴，必须重复测量5次。 (4) 另选4颗不同的油滴，用同样的方法进行测量。 注意：计时结束时，一定要迅速将油滴仪的功能键置于“平衡”档，否则油滴就会运动到下极板而观察不到，进而无法测量5次。,实验注意事项,实验前必须调节水准泡； (1) 每次都要调节平衡电压，要求每个油滴的平衡电压和下降时间都不同。 (2) 擦拭极板时要关掉电源，以免触电； (3) 喷油雾前将漏油开关打开,实验注意事项,(4) 喷油时功能键K2应置于“平衡”处，调节两电极板间电压在150-200V之间。 (5) 喷雾时喷雾器应竖拿,食指赌住气孔,对准油雾室的喷雾口,轻轻喷入少许（喷1-2下）即可；喷油太多，易堵塞上电极板中的落油孔。 (6) 喷油后，喷雾器应竖立放置。,实验注意事项,(7) 喷油后应将风口盖住，以防止空气流动对油滴的影响。 (8) 注意跟踪油滴