用密立根油滴仪测量电子电量

喷油前的准备：工作电压选择：开关扳向“下落”位置，
将专用油从喷雾口喷入（只喷一次少量即可），从监视屏上可 看 到大量的油滴。
如果油滴看不到，或是看不清，可 能是
CCD的物距不合适，或是监视器的亮度
或对比
度不合适，应该进行调整。
如油滴斜向运动，可转动显微镜上 的圆 形CCD ，使油滴沿垂直方向运动。
密立根油滴实验
物理实验中心
实验介绍
密立根 (Bobert Andrew Millikan) 1868年3月22日生 于美国伊利诺斯州的莫里森镇 他的父亲是镇上的牧师。 他生活和工作在一个以物理学最富革命性的发展为其特 征的时期，在这段时期建立的许多概念构成了我们今天 物理观念的基础。 密立根设计了一种研究油滴在电场和重力场作用下 运动的方法。这一实验后来被称做油滴实验，比起较早的 方法这是一项重大改进，用它得到了可靠并且可以重复测 量的电子电荷值。密立根令人信服地证明了电荷的不连续 性，这对最终建立物质的原子论有着重大的作用。
控制油滴： 测量数据之前应熟练掌握控制油滴的技巧。 方法是：在平行极板上加平衡电压250伏左右，工作电 压选择开关置“平衡”档，趋走不需要的油滴，直到剩下 几颗缓慢运动的为止。注意其中的一颗，仔细调节平衡 电压，使这颗油滴静止不动。然后去掉平衡电压，让它 自由下降，下降一段距离后再加“提升”电压，使油滴上 升。如此反复多次地进行练习。
4 3 m a 3
重力及空气浮力可表示为：
4 3 mg a g 3
4 3 ' f 1 a g 3
空气阻力可表示为
f 2 6a
当油滴下落速度达到某一数值时，油滴所受合外力等 于零时，油滴匀速下降。此时有：
4 3 4 3 ' a g a g 6a 3 3
1）
测量时间：
实验中需直接测量平衡电压U和油滴匀速下降2毫 米距离所用时间t 。平衡电压可从仪器上电压表直接读 出。时间 t的测量方法如下：将已选择好的油滴升至视 野的上方，然后去掉平衡电压，油滴开始下落，此时 是加速运动，不宜记时。下落一段距离后，可认为空 气阻力与重力相等，记时开始。运动距离 L（取 L=2.00mm），记时停止。记时停止后，应立即加平 衡电压，防止油滴丢失。然后再扳向“提升”，当油 滴上升到上方时，再扳向“平衡”。 重复上述过程，对同一油滴进行25—30次测量，每 次测量开始都要重新调节平衡电压。
qe
d E mg U
如果调节两极板间的电压U 可使重 力和电场力平衡，则有关系式：
f1 f2
U mg qE q d
mg 此时油滴会静止地悬浮在电场中，并保持平衡。 平行板不加电压时，油滴在空气中自由下落，下落 过程中受三个力的作用：重力mg ；空气浮力f1 ；空气 对它的阻力f2。
由于表面张力的作用，油滴一般呈小球状。设油滴的 密度为ρ ，半径为a ，则油滴的质量m为：
3 2
此式是本实验的基本公式。式中b 为修正常数， b=6.17×10-6m米. 厘米汞高，p为大气压强，单位为厘 米汞高。
2. 实验仪器
计时显示 电压显示
密立根油滴仪，
油雾室
平衡水泡
平衡电压 调节
百度文库CCD物距调节
电压转换 开关 计时键 电源开关
显示器
垂直显示调节
开关 水平显示调节
对比度调节
亮度调节
4、所有值得商榷的理论假设都无关地测定出基本 电荷的精确值，其淮确程度只受空气粘滞系数测量可达到 的精度的限制。 5、直接测定一个分子骚动动能的数量级，这为物 质的分子运动论的正确性提供了新的、直接的、最可信的 证据。 6、证实了当小球直径与媒质分子的平均自由程可相 比较时，小球在粘滞媒质中运动的斯托克斯定律就不再成 立，并确定了该定律不成立的精确条件。
3. 实验内容
用静态（平衡）法测定电子的电荷
要求：1、 2、 3、 4、 5、 熟悉仪器的使用 调整仪器 练习控制油滴 练习选择油滴 对同一油滴进行25—30次测量
调整仪器
水平调节：调节水平螺丝 ，使水准泡指示水平， 极板处于水平位置，电场方向与重力平行。
打开电源开关，使仪器予热10分钟
显示器调节：调节监视器的对比度和亮度旋钮 使监视器屏幕处于极不太亮又不太暗的状态。
注意：每次测量开始都要重新调节平衡电压。
4. 实验拓展
密立根油滴实验做到并证明了以下几点：
1、使一滴微油滴带上单个或1—150个之间的任何一个 所需数目的空气离子。 2、通过对该携带离子的油滴在电场和重力场中行 为的研究，证明：所有电荷，不论是怎样产生的，都是 某一确定基本电荷的精确倍数。 3、大多数电离空气的离子，不论为正还是为负， 带的都是基本电荷。
目 录
1. 实验原理 2. 实验仪器 3. 实验内容
4. 实验拓展
1. 实验原理
用喷雾器将油喷入两块相距为d的水平放置的平行极 板之间，油在喷射撕裂成油滴时，一般都带上电荷，假如油 滴的质量为m ，所带的电量为q，两极板间的电压为U 。油 滴在极板间同时受到重力和电场力两个力的作用。E 为两极 板间的电场强度。
谢 谢
选择油滴
选择的油滴不能太大，太大的油滴虽然较亮， 但带电量比较多，下降速度较快，时间不容易测 准确。太小的油滴布朗运动明显。通常选择平衡 电压200伏左右时（需要仔细调节平衡电压）， 使某个油滴静止不动，然后去掉平衡电压（即把 工作电压选择开关扳向“下落”位置），按下计时 按钮，寻找在10秒以上时间内匀速下降2毫米的 油滴（这时其大小和带电量比较适当）。
9 a 2 g( ' )
当 >> 时，空气浮力可以忽略。有
a
9 2 g
实验中油滴半径约为10-6m 左右，此半径与空气分子
间的间隙大致相等，因此空气的粘滞系数修改为：
'

b 1 pa
斯托克斯定律修改为
6a f2 b 1 pa
最终可得：
18 d L q 2 g U b 2 gt t (1 ) p 9L
完成本实验的关键在于控制油滴和选择合适的油滴。 测量数据之前应熟练掌握控制油滴的技巧，并选择合 适的油滴。否则就会造成实验失败。
实验中选择的油滴不能太大，太大的油滴虽然较 亮，但带电量比较多，下降速度较快，时间不容易测 准确。太小的油滴布朗运动明显。通常选择平衡电压 200伏左右的油滴，这时其大小和带电量比较适当。