在听取讲座后对密立根油滴实验的一些思考

《在听取讲座后对密立根油滴实验的一些思考》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、在听取讲座后对密立根油滴实验的一些思考匡亚明学院2013级薛城131242060【摘要】笔者在听取了卢德馨教授名为“密立根油滴实验与学术不端”的讲座后，对于这个实验产生了一些思考并进行了一些考察。本文主要叙述了密立根油滴实验的一些实验方法和对实验本身的历史意义的思考。【关键词】密立根油滴实验基本电荷平衡电压新实验主义密立根油滴实验是现代实验物理学中极为重要、也是引起争议最多的一项实验。19世纪末,随着X射线的发现而迅速展开的物理学革命,揭开了现代物理学的序幕,人类从此打开了奇妙的微观世界研究的大门。1897年Thomson在研究阴极射线的实验中确认了电子的存在。于是,测定电子电荷e

2、就成了当时物理学家面临的重大课题。美国实验物理学家密立根(R1A1Millikan)历经11年时，采用了一种当时堪称巧妙,方法简便,设备简单,结果准确的实验方法，测定了基本电荷的数值，并因此获得1923年的诺贝尔物理学奖。但是，也有学者指出，密立根凭个人偏见选择数据发表，有欠诚实公正。甚至有学者指责他“私自修改数据，弄虚作假”。一、实验方法在密立根的研究时期，技术水平尚有限，密立根曾经采用过水滴作为研究材料，但是水滴蒸发太快。他一直思考如何消除水滴蒸发问题，并致力于对斯托克斯定律进一步修正。他最终成功地用油滴取代水滴。油滴蒸发很慢、稳定性更好，使他可以任意长时间地观测单个带电油滴的

3、运动，得出稳定的结果。下面提供运用现在已有的技术更加方便地重复密立根所进行过的研究过程的方法。在过去重复密立根油滴实验时，常通过显微镜观测油滴,时间一长眼睛感到疲劳,以至于丢失油滴。现一般使用电视显微油滴仪，采用CCD摄像头和监视器。从监视器上观察油滴,视野宽阔，图像鲜明，提高了测量精度。一般的密立根油滴实验有两种基本的方法,即动态法和静态平衡法。这两种方法都是从观察和测量带电油滴在电场中的运动规律入手的,运动规律不同导致实验方法有一定区别。为了获得比较精确的测量结果,尽可能把油滴受到的各种作用和修正因素都考虑进去。1.1动态法当油滴受到的重力、电场力、浮力及粘滞阻力四个力的作用平

4、衡时,作匀速的上升运动,就满足了动态法的测量条件。当平行极板间未加电压时,油滴受重力、浮力、粘滞阻力三个力作用。在平行极板间加电压,油滴受重力、浮力、电场力及粘滞阻力四个力作用。理论上来说，只要测出每个油滴的平衡电压U、匀速上升时间te、匀速下降时间t，再考虑空气的粘滞系数修正后，便可以计算出油滴带电量q。对若干个油滴进行测量,求出qi后再分别求各qi的最大公约数e,则qi=nie,ni是自然数,e是基本电荷量。1.2静态平衡法当油滴在重力、电场力、浮力三个力的作用下静止时,就满足了静态平衡法的测量条件。当给平行极板加上电压时,调节电压使油滴静止,这时油滴同时受到重力、浮力、电场力

5、三个力作用。只要测出每个油滴的平衡电压U、匀速下降时间tg,即可求q,然后用同样的方法可求出e。以上两种方法都是现在重复密立根油滴实验时密立根油滴通常使用的两种方法。它们的相同之处在于,都是从油滴在电场中的运动规律入手;都要求油滴处于受力平衡的状态。而它们在测量值的数量、操作难易程度、数据处理的繁简程度和计算结果的精确程度方面有较大不同。在实际操作过程中发现,运用静态平衡法进行实验时,油滴在电场中总有微小的上下移动,使油滴完全静止在电场中的电压调节比较困难,需要反复调节,这样就增加了操作难度,延长了实验时间,还在一定程度上影响了测量精度。但是此方法在数据处理方面比较简单。相比之下，

6、动态法虽然待测值较多,计算过程较复杂,但操作简单,结果精确度较高,所以成为测量基本电荷量比较实用的一种实验方法。二、历史评价1911年，密立根在《物理评论》上发表了他油滴实验的初步结果，确信其实验方法是精确测定电子电量的最好方法。从1911年10月至1912年4月，他连续观测多个捕获电子的油滴的运动，计算出电子电量的平均值，文章于1913年发表，得出e=(4.774±0.009)×10-10静电单位。他报告的数据显得非常完美和一致，以至同行惊叹其高超的实验技巧和实验的精确性。站在他反对面的是物理学家埃伦哈夫特，他不断发表有分数电荷存在的证据，并且质疑密立根的实验。但其报告很快被同行

7、冷落，争论逐渐平息下来。但是毕竟，当时一直没有直接的证据来否证埃伦哈夫特的实验。密立根的实验结果不断得到后续更精确实验的支持，科学界对其可靠性确信无疑。可是，在埃伦哈夫特与密立根去世二十余年后），美国哈佛大学科学史家杰拉德·霍尔顿重新去追溯这段历史，从密立根当年实验的笔记及相关档案资料挖掘史料，得出惊人的发现，对密立根的“精确”、“完美”实验给出颠覆性的解释。密立根1913年发表在《物理评论》上的文章，以及1917年初版，1924、1934年两次再版的重要著作《电子及