密立根油滴实验报告.pdf

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1、实验29密立根油滴实验——电子电荷的测量实验人：程昌09327100合作人：雷泽雨09327104理工学院光信息专业实验时间：2011年4月29日，5月13日实验地点：1号由美国实验物理学家密立根(R.A.Millikan)首先设计并完成的密立根油滴实验，在近代物理学的发展史上是一个十分重要的实验。它证明了任何带电体所带的电荷都是某一最小电荷——基本电荷的整数倍；明确了电荷的不连续性；并精确地测定了基本电荷的数值，为从实验上测定其它一些基本物理量提供了可能性。密立根油滴实验设计巧妙，原理清楚，设备简单，结果准确，所以它历来是一个著

2、名而有启发性的物理实验。多少年来,在国内外许多院校的理化实验室里，为千千万万大学生重复着.通过学习密立根油滴实验的设计思想和实验技巧，可以提高学生的实验能力和素质。【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，并测定电子的电荷值e。2.通过实验过程，对仪器的调整、油滴的选择、耐心的跟踪和测量以及数据的处理等，培养学生严肃认真和一丝不苟的科学实验方1法和态度。3.学习和理解密立根利用宏观量测量微观量的巧妙设想和构思。【实验仪器】密立根油滴仪——包括水平放置的平行极板（油滴盒），调平装置，照明装置，显

3、微镜，电源，计时器（数字毫秒表），改变油滴带电量从q到q’的装置，实验油，喷雾器等。MOD－5型密立根油滴仪的基本外形和具体结构示于图1:图1密立根油滴仪器【实验原理】用油滴法测量电子的电荷有两种基本方法，分别是静态（平衡）测量法和动态（非平衡）测量法，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。1．静态（平衡）测量法用喷雾器喷入油滴于间距为d的两平行极板间。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，所带电量为q，两极板间的电压为V，如图2所示。调节V，使：VmgqEq（1）d由（1），要

4、测得q，除了测定平衡电压V和极板间距离d外，还需测量油滴的质量m，测量m的方法如下：平行板不加电压时，油滴加速下降，当速率达到vg时，阻力fr和重力mg平衡，油滴匀速下降。如图3，据斯托克斯定律：图2图32fr6avgmg（2）其中η是空气的粘滞系数，a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ρ，油滴的质量m可以用下式表示43ma（3）3由（2）、（3）可得油地半径9vga（4）2g-6对于半径小到10m的小球，空气的粘滞系数η应作如下修正：'b1pa此时，斯托克斯定律应改为：

5、6avgfrb1pa-6其中b为修正常数，b=6.17×10m/cmHg，p为大气压，单位为cmHg。因此9vg1a（5）2gb1pa将（5）代入（3），得：3249vg1m（6）32gb1pa油滴狱匀速降的速度vg可由以下方法测得：当两极板间电压为零时，设油滴匀速下降的距离为l，所需时间为t，则有：lvg（7）tg将（7）代入（4），再将（6）代入（1），可得油滴带电量的理论公式：3218ldq（8）2gbVtg1pa

6、32．动态（非平衡）测量法在两板间加适当电压V，但并不调节V使mg=qE，而是使油滴在静电力的作用下加速上升。由于阻力fr的作用，油滴上升一段距离速率达到ve后，fr、mg和qE达到平衡（空气浮力忽略不计），油滴将匀速上升，如图4所示，这时V6avgqmg（9）d当去掉V后，油滴受重力而加速下降。当mg与fr平衡时，有：6vgmg（10）将（9）、（10）相除，得：图4Vqmgved（11）vgmg即：dvgveqmg（12）Vvg实验时取油滴匀速下降和上升的距离相等，都取l，测出下降和上升的时

7、间分别为tg和te，则：llvg,ve（13）tgte将（13）、（6）代入（12），得：3218ld11112q（14）2gbVtetgtg1pa令3218lKd（15）2gb1pa则121111qK（16）tetgtgV从实验结果，可以分析当q只能为某一数值的整数倍，从而得到一个电子的电荷值eqn（17）3．测量油滴带电量的改变量4，vg油滴所带电量从q变到q’，匀速上升的速度从ve变到v（e在V不变

8、的情b况下），而‘不变，测出上升l距离的时间te，则：''velte（18）与（16）比较得12'1111qK（19）'tetgtgV油滴改变量为：12'1111qiqqK（20）'tete