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1、密立根油滴实验加蒙物理学112班11200127摘要：密立根油滴实验是一个经典的电磁学实验，本文介绍了密立根油滴仪的结构原理和测定最小电子电荷的简易方法，并利用三种简单常用方法对实验数据进行处理，得出电子电荷。关键词：密立根油滴实验电子电荷散点图法差值法由美国实验物理学家密立根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。它证明了任何带电物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;并精确地测定了这一基本电荷的数值,为从实验上测定其它一些物理量提供
2、了可能性。目前大学物理实验中，采取较为先进的仪器，结合CCD摄像技术，从监视屏上观察油滴运动，提高实验的精度，而且更方便测量计算。1、密立根油滴实验原理[1][2]实验是从观察和测定带电油滴在电场中的运动规律入手,来测定电子的电荷值。当用喷雾器喷出油滴时,细微的油滴由于摩擦,一般都已带电。图1带电油滴在平行板间受力情况示意图油滴在平行板电容器受力有重力，空气浮力，电场力，以及总是跟运动方向相反的斯托克斯粘滞阻力，如图1示。1.1静态平衡测量法调节极板间电压，使得，即（1）从上式为了测出油滴所带的电量q
3、,除了测定V和d外,还需要测量油滴的质量m，因m很小，需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，由于空气阻力的作用，下降一段距离达到某一速度后，阻力与重力平衡,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：即：（2）式中是空气的粘滞系数，a是油滴的半径,由于表面力的原因，油滴总是呈小球状。设油滴的密度为，油滴的质量m可以用下式表示：（3）由式（2）（3）可得：（4）（5）油滴匀速下降的速度，可用下面的方法测出：当两极板的电压为0时，设油滴匀速下降距离所用
4、时间为，则：（6）由式（1）（5）（6）得：（7）对于半径小到米的小球，应作如下修正，式中b为修正系数,,p为大气压强,单位为厘米汞高。可得：（8）1.2动态测量法[1]在平行板上加适当电压，调节，使得电场力和重力达到平衡，油滴受电场力的作用加速上升，上升一段距离油滴达到某一速度后，油滴匀速升，可得：（9）去掉平行极板间的电压，油滴受重力作用而加速下降，当时，油滴匀速下降，速度为，可得：（10）由式（9）（10）得：（11）试验中，上升和下降的距离相等为，则：（12）由式（8）（11）（12）可得：（
5、13）实验发现,对于某一油滴,如果我们改变它所带的电量q,则能够使油滴达到平衡的电压必须是某些特定值Vn。研究这些电压变化的规律发现,它们都满足下列方程：（14）其中,而e则是一个不变的值。对于任一油滴,可以发现同样满足式（14）,而且e值是一个确定的常数。由此可见,所有带电油滴所带的电量q,都是最小电量的e的整数倍。这个事实说明,物体所带的电荷不是以连续方式出现的,而是以一个个不连续的电量出现,这个最小电量e,就是电子的电荷值(15)公式（14）和公式（15）,是用测量电子电荷的理论公式。2、实验过
6、程[1][2]图2实验流程图本实验采用的仪器为OM99CCD微立根油滴仪以及配套装置，实验时室温为20摄氏度。实验使用油密度，重力加速度，空气粘滞系数，修正系数，大气压强，平行板间的距离。测量记录数据过程：平衡测量法实验[2]：要测量的有两个量。一个是平衡电压V,另一个是油滴匀速下降一段距离l所需要的时间t。测量平衡必须经过仔细的调节,并将油滴置于分划板上某条横线附近,以便准确判断出这颗油滴是否平衡了。测量油滴匀速下降一段距离l所需要的时间t时,为保证油滴下降时速度均匀,应先让它下降一段距离后再测量时
7、间。选定测量的一段距离l应该在平行极板之间的中央部分,即视场中分划板的中央部分。若太靠近上电极板,小孔附近有气流,电场也不均匀,会影响测量结果。对同一颗油滴应进行6～10次测量,而且每次测量都要重新调整平衡电压。如果油滴逐渐变得模糊,要微调测量显微镜跟踪油滴,勿使丢失。清除测量室所有油滴,按同样方法重新选择油滴进行实验,要求对4～5颗油滴进行测量,并记录下每次平衡电压，下降距离，以及下降时间。动态测量法实验：将两极板的电压调为400V。喷完油后，迅速找到一颗上升较平稳的油滴，上升一段距离后，开始计时，
8、油滴上升的距离为l；将极板电压撤去，下降一段距离，开始计时，下降距离和上升距离相同为l；分别记录时间为，对同一颗油滴应进行6～10次测量。按照同样的方法重新选择油滴进行实验，测量3颗油滴。3、数据处理3.1平衡测量法实验数据表格1编号1下降距离/mm1.25平衡电压/V193190189188188189190192时间/s8.838.828.859.009.008.878.718.80电荷量/C1.2541e-181.2761e-181.2761e-1
