密立根油滴实验g

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1、密立根油滴实验1.引言密立根油滴实验是测定油滴带电量的实验，该实验在1909～1911年历时三年由美国物理学家密立根（R.A.Millkan1868-1953）设计并完成的。实验结果表明带电物体的电荷量都是不连续的，其所带的电量为某一最小电荷（基本电荷e）的整数倍，实验较为精确地测定了这一基本电荷e的数值,从而为电子论建立了直接的实验基础。电子电荷的准确测定，为其它基本物理量的测定提供了依据，使人们对微观世界的认识得以向前推进。密立根油滴实验的重要意义在于揭示了物质电结构的量子性，对人们认识组成

2、物质的基本结构有决定性的作用，在近代物理学史上起过十分重要的作用。密立根因此获得1923年诺贝尔物理学奖。Vgfmg图12.实验目的(1)了解、掌握密立根油滴实验的设计思想、实验方法。(2)学习对实验数据的处理方法，由此计算出基本电荷值，验证电荷不连续性。3.实验基本原理Ve图2利用密立根油滴仪的喷雾器将油滴喷入两块相距为d的水平放置的平行带电极板之间，油滴在喷雾时由于摩擦，一般都是带电的。设一个质量为m，带电量为q的油滴处在两块平行板之间，在平行板未加电压时，油滴受重力作用而加速下降，由于空气

3、阻力的作用，在下降一段距离后，油滴将作匀速运动，速度为Vg，这时重力与阻力平衡（空气浮力忽略不计），如图1所示。根据斯托克斯定律，粘滞阻力为F粘=6πaηVg式中η是空气的粘滞系数，a为油滴的半径，这时有（1）当在平行板上加电压V时，油滴处在场强为E的静电场中，设电场力qE与重力相反，如图2所示，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），则油滴将以匀速上升，此时速度为Ve，则有（2）又因为E=V/d（3）由上述（1）、

4、（2）、（3）式可解出（4）为测定油滴所带电荷q，除应测出V，d和速度Ve、Vg外，还需知油滴质量m，由于空气中悬浮和表面张力作用，可将油滴看作圆球，其质量为ρ为油滴的密度。（5）由（1）式和（5）式，得油滴的半径（6）考虑到油滴非常小，空气已不能看成连续媒质，空气的粘滞系数η应修正为（7）式中b为修正常数b=8.226×10-3Pa·m，p为气压，单位为Pa，a为未经修正过的油滴半径，由于它在修正项中，不必计算得很精确，由（6）式计算就够了。大气压下近似有b/p=8.1×10-8m<

5、取油滴匀速下降和匀速上升的距离相等，设都为l，测出油滴匀速下降的时间tg，匀速上升的时间te，则Vg=l/tgVe=l/te（8）将（5）、（6）、（7）、（8）式代入（4），可得令（9*）得（9）此式是动态（非平衡）法测油滴电荷的公式。静态法：实验中如果调节平行板间的电压，使油滴不动，Ve=0，即te→∞，由（9）式可得或者（10）即为静态法测油滴电荷的公式。因为电荷的不连续性，对实验测得的各个电荷q求最大公约数，就是基本电荷即电子电荷e的实验测量值。作为基本物理常数e＝1.60217738×

6、10-19库仑。4.实验内容：（仪器使用说明请参考实验室内相关资料）①测量练习练习是顺利做好实验的重要一环，包括连续控制油滴运动，练习测量油滴运动时间和选择合适的油滴。通常选择平衡电压为200～300V，匀速下落1.5mm（6格）的时间在8～20s左右的油滴较合适。喷油后，K2置“平衡”档，调W使极板电压为200～300V,注意几颗缓慢运动、较为清晰明亮的油滴。试将K2置“0V”档，观察各颗油滴下落大概的速度，从中选一颗作为测量对象。对于10英寸监视器，目视油滴直径在0.5～1mm左右的较适宜。

7、过小的油滴观察困难，布朗运动明显，会引入较大的测量误差。②用平衡测量法（静态法）、动态测量法分别测量电子电荷的值平衡法（静态法）测量：可将已调平衡的油滴用K2控制移到“起跑”线上（一般取第二格上线），按K3（计时/停），让计时器停止计时（值未必要为0），然后将K2拨向“0V”，油滴开始匀速下降的同时，计时器开始计时。到“终点”（一般取第七格下线）时迅速将K2拨向“平衡”，油滴立即静止，计时也立即停止，此时电压值和下落时间值显示在屏幕上。对同一油滴重复5～10次测量，选择6～10颗不同的油滴测量。

8、动态法测量：分别测出加电压时油滴上升的速度和不加电压时油滴下落的速度，代入相应公式，求出e值，此时最好将K2与K3的联动断开。油滴的运动距离一般取1mm～1.5mm。对某颗油滴重复5～10次测量，选择6～10颗油滴，求得电子电荷的平均值e。在每次测量时都要检查和调整平衡电压，以减小偶然误差和因油滴挥发而使平衡电压发生变化。5.数据处理方法用（9）（10）式分别计算平衡法和动态法实验数据，式中，油滴密度（20℃）；重力加速度；空气粘滞系数；油滴匀速下降距离；修正常数；大气压强，实际大气压可由气压表