油滴法测电子电荷量

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1、《油滴法测电子电荷量》实验报告学院：专业：2实验名称油滴法测电子电荷量姓名年级/班级学号一、实验目的二、实验原理三、实验设备及工具四、实验内容及原始数据五．实验数据处理及结果（数据表格、现象等）六、实验结果分析（实验现象分析、实验中存在问题的讨论）实验简介密立根(RobertAndrewsMillikan，1868～1953，美国物理学家) 于1907年开始，经历7年时间，用油滴法直接证实了“电”的不连续性，并用实验的方法直接测量了电子的电荷量，这就是著名的密立根油滴实验，它是近代物理学发展史中具有重要意义的实验。因对基本电荷和光电效应的工作，密立根荣获1932年度诺贝尔物

2、理学奖。实验目的1．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，并测定电子的电荷。2．了解、掌握密立根油滴实验的设计思想、实验方法和实验技巧。8实验原理用油滴法测量电子的电荷，需要测量油滴的带电量q，可以用静态（平衡）测量法或动态（非平衡）测量法测q，也可以通过改变油滴的带电量，用静态法或动态法测量油滴带电量的改变量。测量方法分析如下：一．静态（平衡）测量法。图4.8-2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，一般都是带电的。设油滴的质量为m，所带的电荷为q，两块极板间的电压为U，则油滴在平行极板间将同时受到重力mg和

3、静电力qE的作用。如图（4.8-2）所示。如果调节两极板间的电压U，可使这两个力达到平衡，这时（4.8-1）从式（4.8-1）可见，为了测出油滴所带电量q，除了需测定平衡电压U和极板间距离d外，还需要测量油滴的质量m。因为m很小，需要用如下特殊方法测定：平行极板不加电压时，油滴受重力作用而加速下降，由于空气粘滞阻力的作用，下降一定距离达到某一速度vg后，阻力与重力mg平衡，如图4.8-3所示（空气浮力忽略不计），油滴将匀速下降。根据斯托克斯定律，油滴匀速下降时(4.8-2)式中，是空气的粘滞系数；是油滴的半径（由于表面张力的原因，油滴总是呈小球状）。设油的密度为，油滴的质量

4、可以用下式表示图4.8-3(4.8-3)由式（4.8-2）和式（4.8-3）得到油滴的半径（4.8-4）对于半径小到m的小球，空气的粘滞系数应作如下修正式中，为修正常数，为大气压强，单位用Pa。这时斯托克斯定律应改为因此（4.8-5）上式根号中还包含油滴的半径，但因它处于修正项中，可以不十分精确，因此可用式（4.8-4）计算。将式（4.8-5）代入式（4.8-3），得8（4.8-6）至于油滴匀速下降的速度vg，可用下述方法测出：当两极板间的电压为零时，设油滴匀速下降的距离为l，时间为tg，则（4.8-7）由式(4.8-7)、（4.8-6）和(4.8-1)，可得（4.8-8）

5、上式是用平衡测量法测定油滴所带电量的理论公式。二．动态（非平衡）测量法。平衡测量法是在静电力qE和重力mg达到平衡时导出公式（4.8-8）的。非平衡测量法则是在平行极板上加以适当的电压U，但并不调节U使静电力和重力达到平衡，而是使油滴受静电力作用加速上升。由于空气阻力的作用，上升一段距离达到某一速度ve后，空气阻力、重力和静电力达到平衡（忽略空气浮力），油滴将匀速上升，如图4.8-4所示。这时当去掉平行极板上所加的电压U后，油滴受重力作用而加速下降，空气阻力随油滴下落速度的增加而很快增大，当空气阻力和重力达到平衡时，油滴将以匀速vg下降，这时图4.8-4上两式相除得（4.8

6、-9）实验时取油滴匀速下降和匀速上升的距离相等，设都为l。测出油滴匀速下降的时间为tg，匀速上升的时间为te，则，（4.8-10）将式（4.8-6）油滴的质量和式（4.8-10）代入式（4.8-9）得8(4.8-11)令则（4.8-12）从上述讨论可见：1．用平衡法测量，原理简单直观，而且油滴有平衡不动的时候，实验操作的节奏可以进行得较慢，但需仔细调整平衡电压；用非平衡法测量，在原理和数据处理方面较平衡法要繁琐一些，且油滴没有平衡不动的时候，实验操作稍有疏忽，油滴就容易丢失，但它不需要调整平衡电压。2．比较式（4.8-8）和式（4.8-11），当调节电压U使油滴受力达到平衡

7、时，油滴匀速上升的时间，两式相一致，可见平衡测量法是非平衡测量法的一个特殊情况。三．测量电子的电荷。从实验所测得的结果，可以分析出q只能为某一数值的整数倍，由此可以得出油滴所带电子的总数n，从而得到一个电子的电荷值为（4.8-13）仪器介绍MOD-5C型密立根油滴仪是和CCD一体化的屏显密立根油滴仪，由测试仪和监视器两部分组成。1．测试仪图4.8-5a-油雾室；b-油雾孔；c-油雾孔开关；ｄ-喷雾口；ｅ-上极板；f-下极板；g-绝缘套环；h-上电极压簧；i-上盖板；j-防风罩；k-外接电表插孔；l-油滴盒基座测试仪