密立根油滴实验

1. 大学物理实验 密立根油滴实验 关春颖 副教授/博士 理学院物理实验教学中心

2. 一、实验目的 • 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，并测定基本电荷值。 • 测定基本电荷； • 通过对实验仪器的调整，油滴的选择、跟踪和测量，以及实验数据处理等，培养学生严谨的科学实验态度。

3. 二、实验原理 基本电荷e 的计算 “倒过来验证”的办法进行数据处理。即用公认的电子电荷值e＝1.602×10-19C去除实验测得的电荷量q，得到一个接近与某一个整数的数值，这个整数就是油滴所带的基本电荷的数目n，再用这个n去除实验测得的电荷量q，即得电子的电荷值e。

4. qE mg + U d _ 把油滴看成小球，求半径即可。 实验设计思想:使带电油滴在测量范围内处于受力平衡状态。 • 加电场，油滴静止 求m? 已知油密度，求体积。

5. f mg d • 不加电场，油滴匀速下落 在平行板未加电压时，油滴受重力的作用而加速下降，由于空气粘滞阻力f的作用，下降一段距离后，油滴将匀速运动，速度为vg，此时f与mg平衡。 由斯托克斯定律知，粘滞阻力为 ： 　式中η为空气粘滞系数，a为油滴的半径。

6. 斯托克斯定律适用于连续介质中球状物体所受的粘滞力。由于油滴甚小（直径10-6 m)，可与空气分子的平均自由程相比拟，所以不能再将空气看成是连续介质，油滴所受粘滞力必将减小，粘滞系数应予以修正。 b为修正系数，p为空气压强，a为未经修正过的油滴半径 。

7. 将（4）式代入（3）式得 该式就是静态法测量油滴所带电荷的公式。

8. 三、实验仪器 实验仪器：OM99CCD 密立根油滴仪 喷雾器 油

9. 三、实验仪器

10. 四、实验内容和步骤 • 调整仪器 • 调仪器底部左右两只调平螺丝，使水准泡指示水平，这时平行极板处于水平位置。

11. 将油从油雾室的喷雾口喷入（喷一次即可），微调测量显微镜的调焦手轮，这时视场中出现大量清晰的油滴，如夜空繁星。将油从油雾室的喷雾口喷入（喷一次即可），微调测量显微镜的调焦手轮，这时视场中出现大量清晰的油滴，如夜空繁星。 • 试加上平衡电压（200V左右），改变其大小，驱散不需要的油滴，练习控制其中一颗油滴的运动。 四、实验内容和步骤 2.练习测量

12. 注视其中的某一颗，仔细调节平衡电压，使这颗油滴静止不动。注视其中的某一颗，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，经过一定距离，油滴匀速下降，下降一段距离后再加上提升电压，使油滴上升。 • 如此反复多次地进行练习，以掌握控制油滴的方法。记录油滴经过六个栅格间距所用的时间。

13. 3. 用平衡法测量 • 将已调平衡的油滴用“提升”控制移到起跑线上，然后拨向“0V”，油滴开始匀速下降的同时，计时器开始计时，当油滴到终点时，计时立即停止，迅速将电压拨至“平衡”，然后“提升”。 • 重复上述过程6次，分别记录平衡电压和匀速下降时间tg。 • 注意：每次测量都需检查平衡电压，分别记下不同的平行板电压值。

14. 五、数据处理要求 • 设计数据表格，记录油滴的平衡电压和下降时间; • 求出电子电荷e并与标准电荷比较，求出相对误差。

15. 六、注意事项 • 要做好本实验，很重要的一点是选择合适的油滴。选的油滴体积不能太大，太大的油滴虽然比较亮，但带的电荷比较多，下降速度也比较快，时间不容易测准确。 油滴也不能选的太小，太小则布朗运动明显。 通常选择平衡电压在200至300伏特之间，在20～30秒时间内匀速下降1.5毫米的油滴，其大小和带电量都比较合适。

16. 测量油滴匀速下降一段距离L所需要的时间tg时，应先让油滴下降一段距离后再测量时间。测量油滴匀速下降一段距离L所需要的时间tg时，应先让油滴下降一段距离后再测量时间。 选定测量的一段距离L，应该在平行板之间的中央部分，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。若太靠近下电极板，测量完时间tg后，油滴容易丢失，影响测量。

17. 七、思考题 • 实验中选择合适油滴的原则是什么？ • 为什么使油滴作匀速运动或静止？实验中如何保证油滴在测量范围内作匀速运动？