云南大学物理教学实验中心

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1、云南大学物理教学实验中心典型多媒体课件（2）近代物理实验主讲教师：戴本忠教授密立根油滴实验近代物理实验之一密立根（R.A.Millikan1868-1953）（获诺贝尔物理奖实验）由美国物理学家密立根(MillikanR.A.)完成的测量微小油滴上所带电荷的实验:油滴实验，是物理学发展史上具有重要意义的实验。这一实验首次证明了电荷的不连续性，即任何带电体所带的电量都是基本电荷的整数倍，并精确测定了基本电荷ｅ＝1.60×10-19库仑。电子电荷是物理学中基本常数之一，在理论和实际工作中都有重要意义，它的精确测定，为从实验上测

2、定许多基本物理量提供了可能性。密立根油滴实验设计精巧，设备简单，而实验结论却有不容置疑的说服力，因此这一实验历来被看做是物理实验的一个光辉典范。密立根由于这一杰出工作和在光电效应方面的研究成果而荣获１９２３年诺贝尔物理奖。背景介绍243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，并测定基本电荷量e；通过对实验仪器的调整，油滴的选择、跟踪和测量，以及实验数据处理等，培养学生严谨的科学实验态度．学习并了解CCD图像传感器的原理与应用，学习电视显微测量方法。学习密立根油滴实验的设计思想；实验目的244用喷雾器

3、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。实验原理利用带电荷的微小油滴在均匀电场中运动的受力分析，可将油滴所带的微观电荷量q的测量转化为油滴宏观运动速度的测量。245mgf1f2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：此时油滴会静止地悬浮在电场中，并保持平衡。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

4、力f1；空气对它的阻力f2。246由于表面张力的作用,油滴一般呈小球状。设油滴的密度为ρ,半径为a,则油滴的质量m为:重力及空气浮力可表示为：247由斯托克斯定律知空气阻力可表示为式中η是空气的粘滞系数。当油滴下落速度达到某一数值，油滴所受合外力等于零时，油滴匀速下降。此时有：248当>>时，空气浮力可以忽略。有斯托克斯定律是以连续介质为前提的，对于半径小到10-6m的微小油滴，半径与空气分子间的间隙大致相等，已不能将空气看作连续介质，因此空气的粘滞系数修改为：斯托克斯定律修改为249最终可得：此式是本实验计算油滴电

5、荷的基本公式。式中b为修正常数，b=6.17×10-6m米·厘米汞高，p为大气压强，单位为厘米汞高。其中tg为油滴下降L距离所测量的时间。2410实验仪器电压显示计时显示平衡水泡CCD物距调节平衡电压调节电压转换开关电源开关计时键MOD-5型油滴仪包括：油滴盒，测量显微镜，数字电压表，工作电压调节旋钮，工作电压反向开关，升降电压调节旋钮，升降电压反向开关，CCD和监视器等。2411油滴盒结构如图所示．油滴盒是由两块经过精磨的平行极板，上极板中央有一个直径0.4毫米的小孔，油滴从油雾室经油雾孔落入小孔，进入上下极板之间。油滴

6、盒防风罩前装有测量显微镜，用以观察平行极板间的油滴。测量显微镜目镜头中装有分划板，其垂直总刻度相当于视场中的0.3厘米，用以测量油滴运动的距离。2412用静态（平衡）法测定电子的电荷要求：仪器调整练习控制油滴练习选择油滴测量（对同一油滴进行6—10次测量）实验内容及操作步骤2413仪器调整将仪器放平稳，调整左右两只调平螺栓，使水准泡指示水平，这时平行极板处于水平状态。预热10分钟，利用预热时间从测量显微镜中观察，如果分划板位置不正，则转动目镜头，将分化板放正，目镜头要插到底。调节目镜，使分划板刻线清晰。用喷雾器将油从油雾室

7、旁的喷雾口喷入（喷一次即可），推上油雾孔挡板，以免空气流动而使油滴乱漂移，微调测量显微镜的调焦手轮，这时视场中即出现大量清晰的油滴。对与CCD一体化的屏显油滴仪，则从监视器荧光屏上观察油滴的运动。如油滴斜向运动，则可转动显微镜上的圆形CCD，使油滴垂直方向运动。24142415练习测量练习控制油滴：如果用平衡法实验喷入油滴后，在平行极板上加工作（平衡）电压250伏特左右，工作电压选择开关置“平衡”档，驱走不需要的油滴，直到剩下几颗缓慢运动的油滴为止。注视其中的某一颗，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，

8、让它自由下降，下降一段距离后再加上“提升”电压，使油滴上升。如此反复多次地进行练习，以掌握控制油滴的方法。2416练习测量油滴运动的时间：任意选择几颗运动速度快慢不同的油滴，用计时器测出它们下降一段距离所用的时间。如此反复多练几次，以掌握测量油滴运动时间的方法。练习选择油滴：要做好本实验，很重要的一点是