密立根油滴实验密立根简介历史背景及意义实验原理 舎TML_BODY.ppt

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1、密立根油滴实验密立根简介密立根(BobertAndrewMillikan)美国物理学家。1868年3月22日生于伊利诺伊州的莫里森，1953年12月19日卒于加利福尼亚萨迪纳 。1893年取得奥伯林大学硕士学位。1895年获哥伦比亚大学博士学位后留学欧洲。1896年回国任教于芝加哥大学。1907～1913年间做了一连串实验，用带电油滴准确地测定电子的电荷值，还验证了A.爱因斯坦的光电效应方程，取得了普朗克常数的精密数值。因在基本电荷和光电效应方面的研究而获得1923年诺贝尔物理学奖。1921年任加利福尼亚理工学院布里奇物理实验室主任，并领导一批物理学家研

2、究宇宙射线，其中最重要的成就是C.D.安德森在1932年发现正电子。历史背景及意义密立根油滴实验在近代物理学发展中占有非常重要的地位,该实验清楚地证明了电荷的颗粒性,并确定了最小单位电荷的量值。开设这个实验,不仅是为了掌握一种实验方法,或验证一下前人已经验证过的定律,更重要的是通过实验使学生独立思考,掌握一种发现物理规律的方法———通过本实验发现电荷的颗粒特性,并确定电荷的最小值。一个电子所带的电荷量是现代物理学重要的基本常数之一。1897年汤姆逊测定了阴极射线的荷质比，证实了阴极射线是带电荷有质量的离子，从而证实了电子的存在。美国杰出的物理学家密立根，

3、从1906年起就致力于细小油滴带电量的测量，他用了11年时间，经过多次重大改进，终于以上千个油滴的确凿实验数据得出基本电荷的电量e=(1.5924±0.0017)×10-19C，首先直接证实了电荷的量子性，即任何电量都是基本电荷的整数倍，这个基本电荷就是电子所带的电荷，密立根因测出电子电荷及其他方面的贡献，荣获1923年度诺贝尔物理奖。实验原理动态法测油滴带电量（非平衡法）dUqEmg一个质量为m、带电量为q的油滴处在两块平行极板之间，在平行极板未加电压时，油滴受重力作用而加速下降。由于空气阻力的作用，下降一段距离后，油滴将作匀速运动，其速度为vg，这

4、时重力与阻力平衡（空气浮力忽略不计）。根据斯托克斯定律，粘滞阻力为：mgvg这时有当在平行极板上加电压U时，油滴处在场强为E的静电场中，设电场力qE与重力相反，使油滴受电场力加速上升，由于空气阻力作用，上升一段距离后，油滴所受的空气阻力、重力与电场力达到平衡（空气浮力忽略不计），油滴将以匀速上升，此时速度为ve,则有：mgve所以带电油滴的电量为：为测定油滴所带电荷q，除应测出U、d和速度vg、ve外，还需知油滴质量m。由于空气的悬浮和表面张力作用，可将油滴看作均匀的圆球，其质量为：油滴的半径为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

5、匀速下降的时间tg,匀速上升的时间为te,则粘滞系数η的修正式:?式中，b为修正常数，p为空气压强，a为油滴半径。由以上公式联立，求得油滴带电量为静态法测油滴带电量（平衡法）调节平行板间的电压，使油滴不动，ve=0，即te→∞,由式(10)可求得：上式即为静态法测油滴电荷的公式，电压U是恰好能够使带电油滴静止在电场中所需电压，我们称它为平衡电压。为了求电子电荷e，在实验中，要对多个不同的油滴进行测量，然后求这些油滴电量的最大公约数，此数就是基本电荷e的电量值。另外，也可以测量同一油滴所带电荷的改变量△qi（可以用紫外线或放射源照射油滴，使它所带电荷改变

6、），这时带电油滴的电荷变化量△q应近似为某一最小单位的整数倍，此最小单位即为基本电荷e。实验装置实验仪器用MOD-5型密立根油滴仪，它改变了从显微镜中观察油滴的传统方式，而用CCD摄像头成像，将油滴在监视器屏幕上显示。视眼宽广，观测省力，免除眼睛疲劳，这是油滴仪的重大改进。1实验装置2357891．电压换向开关、2．电压调节旋钮、3．数字电压表4、数字计时器5．油滴盒、6．计时按钮，7、监视器8、显微镜、9、CCD摄像头，10、计时复位按钮1064实验模拟实验内容及操作步骤☆仪器调整用喷雾器将油从油雾室旁的喷雾口喷入（喷一次即可），推上油雾孔挡板，以免空

7、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，如夜空繁星。对MOD—5C型与CCD一体化的屏显油滴仪，则丛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。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。调节接目镜，使分划板刻线清晰。☆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

8、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