密立根油滴实验.

1、.,密立根油滴实验,龙岩学院 基础物理实验中心,.,实验介绍,密立根 (Bobert Andrew Millikan) 1868年3月22日生于美国伊利诺斯州的莫里森镇 他的父亲是镇上的牧师。他生活和工作在一个以物理学最富革命性的发展为其特征的时期，在这段时期建立的许多概念构成了我们今天物理观念的基础。,密立根设计了一种研究油滴在电场和重力场作用下运动的方法。这一实验后来被称做油滴实验，比起较早的方法这是一项重大改进，用它得到了可靠并且可以重复测量的电子电荷值。密立根令人信服地证明了电荷的不连续性，这对最终建立物质的原子论有着重大的作用。,.,目 录,1. 实验原理,2. 实验仪器,3. 实验

2、内容,4. 实验拓展,.,1. 实验原理,用喷雾器将油喷入两块相距为d的水平放置的平行极 板之间，油在喷射撕裂成油滴时，一般都带上电荷，假如油 滴的质量为m ，所带的电量为q，两极板间的电压为U 。油 滴在极板间同时受到重力和电场力两个力的作用。E 为两极 板间的电场强度。,d,U,qe,mg,E,.,此时油滴会静止地悬浮在电场中，并保持平衡。,如果调节两极板间的电压U 可使重力和电场力平衡，则有关系式：,平行板不加电压时，油滴在空气中自由下落，下落过程中受三个力的作用：重力mg ；空气浮力f1 ；空气对它的阻力f2。,.,由于表面张力的作用，油滴一般呈小球状。设油滴的密度为 ，半径为a ，则

3、油滴的质量m为：,重力及空气浮力可表示为：,.,空气阻力可表示为,当油滴下落速度达到某一数值时，油滴所受合外力等 于零时，油滴匀速下降。此时有：,.,当 时，空气浮力可以忽略。有,实验中油滴半径约为10-6m 左右，此半径与空气分子 间的间隙大致相等，因此空气的粘滞系数修改为：,斯托克斯定律修改为,.,最终可得：,此式是本实验的基本公式。式中b 为修正常数， b=6.1710-6m米. 厘米汞高，p为大气压强，单位为厘 米汞高。,.,2. 实验仪器,密立根油滴仪，,电压显示,计时显示,油雾室,平衡水泡,CCD物距调节,平衡电压调节,电压转换开关,电源开关,计时键,.,显示器,开关,对比度调节,

4、亮度调节,垂直显示调节,水平显示调节,.,3. 实验内容,用静态（平衡）法测定电子的电荷,要求：1、熟悉仪器的使用 2、调整仪器 3、练习控制油滴 4、练习选择油滴 5、对同一油滴进行2530次测量,.,调整仪器,水平调节：调节水平螺丝 ，使水准泡指示水平，极板处于水平位置，电场方向与重力平行。,打开电源开关，使仪器予热10分钟,.,显示器调节：调节监视器的对比度和亮度旋钮 使监视器屏幕处于极不太亮又不太暗的状态。,喷油前的准备：工作电压选择：开关扳向“下落”位置， 将专用油从喷雾口喷入（只喷一次少量即可），从监视屏上可看 到大量的油滴。,.,如果油滴看不到，或是看不清，可能是 CCD的物距不

5、合适，或是监视器的亮度或对比 度不合适，应该进行调整。 如油滴斜向运动，可转动显微镜上的圆 形CCD ，使油滴沿垂直方向运动。,.,控制油滴： 测量数据之前应熟练掌握控制油滴的技巧。 方法是：在平行极板上加平衡电压250伏左右，工作电 压选择开关置“平衡”档，趋走不需要的油滴，直到剩下 几颗缓慢运动的为止。注意其中的一颗，仔细调节平衡 电压，使这颗油滴静止不动。然后去掉平衡电压，让它 自由下降，下降一段距离后再加“提升”电压，使油滴上 升。如此反复多次地进行练习。,.,选择油滴 选择的油滴不能太大，太大的油滴虽然较亮， 但带电量比较多，下降速度较快，时间不容易测 准确。太小的油滴布朗运动明显。

6、通常选择平衡 电压200伏左右时（需要仔细调节平衡电压）， 使某个油滴静止不动，然后去掉平衡电压（即把 工作电压选择开关扳向“下落”位置），按下计时 按钮，寻找在10秒以上时间内匀速下降2毫米的 油滴（这时其大小和带电量比较适当）。,.,1） 测量时间： 实验中需直接测量平衡电压U和油滴匀速下降2毫米距离所用时间t 。平衡电压可从仪器上电压表直接读出。时间 t的测量方法如下：将已选择好的油滴升至视野的上方，然后去掉平衡电压，油滴开始下落，此时是加速运动，不宜记时。下落一段距离后，可认为空气阻力与重力相等，记时开始。运动距离 L（取 L=2.00mm），记时停止。记时停止后，应立即加平衡电压，防

7、止油滴丢失。然后再扳向“提升”，当油滴上升到上方时，再扳向“平衡”。 重复上述过程，对同一油滴进行2530次测量，每次测量开始都要重新调节平衡电压。,.,完成本实验的关键在于控制油滴和选择合适的油滴。测量数据之前应熟练掌握控制油滴的技巧，并选择合适的油滴。否则就会造成实验失败。 实验中选择的油滴不能太大，太大的油滴虽然较亮，但带电量比较多，下降速度较快，时间不容易测准确。太小的油滴布朗运动明显。通常选择平衡电压200伏左右的油滴，这时其大小和带电量比较适当。,注意：每次测量开始都要重新调节平衡电压。,.,4. 实验拓展,2、通过对该携带离子的油滴在电场和重力场中行 为的研究，证明：所有电荷，不论是怎样产生的，都是 某一确定基本电荷的精确倍数。,密立根油滴实验做到并证明了以下几点：,1、使一滴微油滴带上单个或1150个之间的任何一个 所需数目的空气离子。,3、大多数电离空气的离子，不论为正还是为负，带的都是基本电荷。,.,4、所有值得商榷的理论假设都无关地测定出基本 电荷的精确值，其淮确程度只受空气粘滞系数测量可达到 的精度的限制。,5、直接测定一