油滴實(shí)驗(yàn)油滴實(shí)驗(yàn)

密立根用了七年時間研究電子電荷，于1910年發(fā)表了油滴實(shí)驗(yàn)。這個實(shí)驗(yàn)首次證實(shí)電荷的量子化，測定了電子電荷的正確數(shù)值。對物理學(xué)的發(fā)展起過重要作用。密立根油滴實(shí)驗(yàn)方法巧妙，物理學(xué)界將密立根油滴實(shí)驗(yàn)作為實(shí)驗(yàn)物理的典范。密立根由于測定了電子電荷和借助光電效應(yīng)測量出普朗克常數(shù)等項成就，榮獲1923年諾貝爾物理學(xué)獎。RobertAndrewsMillikan【簡介】密立根用了七年時間研究電子電荷，于1910年發(fā)表了油1、了解油滴實(shí)驗(yàn)的方法和特點(diǎn)．2、利用電視顯微密立根油滴儀測量電子電荷，驗(yàn)證電荷的不連續(xù)性．3、了解CCD(ChargeCoupledDevice，電荷耦合器件)、圖像傳感器的原理與應(yīng)用，學(xué)習(xí)電視顯微測量方法．【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、了解油滴實(shí)驗(yàn)的方法和特點(diǎn)．【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

質(zhì)量m,帶電量為q的油滴，在兩塊加有電壓V

的平行極板之間受兩個力的作用（如圖）。若調(diào)節(jié)極板間的電壓V,使兩力達(dá)到平衡，這時式中d為兩極板之間的距離。dqEmgV【實(shí)驗(yàn)原理】質(zhì)量m,帶電量為q的油滴，在兩塊加有電壓V的平行極

平行極板不加電壓時，油滴受重力作用而加速下降。由于空氣阻力的作用，下降一段距離后，將以均勻速度vg下降，這時重力與阻力平衡（空氣浮力忽略不計），根據(jù)斯托克斯定律：式中η是空氣的粘滯系數(shù)，a是油滴半徑(≈10－6m)。【實(shí)驗(yàn)原理】平行極板不加電壓時，油滴受重力作用而加速下降。由于空對半徑小到10－6m

的小球，空氣的粘滯系數(shù)應(yīng)作如下修正：式中常數(shù)b=6.17×10-6m·cmHg，P為大氣壓強(qiáng)，這時這時斯托克斯定律應(yīng)為:【實(shí)驗(yàn)原理】對半徑小到10－6m的小球，空氣的粘滯系數(shù)應(yīng)作如下修正：

當(dāng)電壓V=0時，設(shè)油滴在平行極板間做勻速下降的距離為l，時間為t，則

為了求電子電荷e，對實(shí)驗(yàn)測得的多個油滴的電荷q求最大公約數(shù)，得到基元電荷值，也就是電子電荷e。上式即為靜態(tài)法測油滴電荷的公式?！緦?shí)驗(yàn)原理】當(dāng)電壓V=0時，設(shè)油滴在平行極板間做勻速下降的距離為l【實(shí)驗(yàn)儀器】1、密立根油滴儀極性：選擇電極間電場方向，可選“+”或“-”，實(shí)驗(yàn)時保持不變。平衡：通常置于中間，扳向身邊開始計時，回到中間計時結(jié)束。推向前面可使油滴向上運(yùn)動。聯(lián)動：扳向身邊，保持計時器與平衡開關(guān)聯(lián)動狀態(tài)。計時停：當(dāng)不需要計時而正在計時，可按此按鈕使計時器停止，無需清零。平衡電壓：調(diào)節(jié)此旋鈕可改變電極之間的電壓?！緦?shí)驗(yàn)儀器】1、密立根油滴儀極性：選擇電極間電場方向，可選“【實(shí)驗(yàn)儀器】2、電視顯示器

顯示器屏幕上的線條是油滴儀中電極之間的空間坐標(biāo)，不同水平線即為電極之間不同高度位置，每兩條水平線之間的空間距離為0.25mm，屏幕右上角分別為測量電極之間電壓的電壓表和記錄油滴下落時間的計時器?！緦?shí)驗(yàn)儀器】2、電視顯示器顯示器屏幕上的線條是油滴儀【實(shí)驗(yàn)儀器】3、噴霧器及鐘油

噴霧器使用時油滴出口處對準(zhǔn)油霧室邊上的孔，用力擠壓噴霧器的橡皮氣囊，通常噴射三至四下即可找到合適的油滴。

【實(shí)驗(yàn)儀器】3、噴霧器及鐘油噴霧器使用時油滴出口處對【實(shí)驗(yàn)儀器】4、噴霧器及噴霧器杯子

噴霧器使用時或閑置時必須保持油滴出口處始終朝上,不得橫在桌上或倒置在杯中,以防止油直接流出來。使用過程中要輕拿輕放，避免碰碎噴霧器?！緦?shí)驗(yàn)儀器】4、噴霧器及噴霧器杯子噴霧器使用時或閑置【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、油滴儀水平調(diào)節(jié)

調(diào)節(jié)油滴儀底座的三個支撐螺絲，使油滴儀上水平儀的氣泡移到中心?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、油滴儀水平調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)油滴儀底座的三個支【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】2、尋找合適油滴

調(diào)節(jié)平衡電壓初始值為200伏左右，平衡開關(guān)置于中間。打開油霧室開關(guān)，使油霧室中心向下通道暢通。將噴霧器對準(zhǔn)油霧室邊上的孔噴射油滴，連噴三到四次，調(diào)節(jié)顯微鏡手輪，在屏幕上找到適當(dāng)明亮并移動緩慢的油滴。

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】2、尋找合適油滴調(diào)節(jié)平衡電壓初始值為20

平衡電壓初測：調(diào)節(jié)平衡電壓使油滴保持基本靜止，觀察平衡電壓值，該電壓應(yīng)在100V～300V之間。

下落時間初測：計時器應(yīng)處于停止?fàn)顟B(tài)，繼續(xù)調(diào)節(jié)電壓使油滴移到坐標(biāo)上面的第二條水平線上(起跑線)，將平衡開關(guān)從中間扳向身邊，此時極板上電壓為零，計時器開始計時，油滴即以勻速(經(jīng)極短暫的加速過程)向下運(yùn)動。油滴運(yùn)動至坐標(biāo)下面倒數(shù)第二條水平線上(終點(diǎn)線)時將平衡開關(guān)回到中間，電壓恢復(fù)運(yùn)動前的平衡電壓，油滴停止運(yùn)動，計時器停止計時，此時計時器的記錄值應(yīng)在4～15秒之間。如記錄到的平衡電壓和下落時間超出規(guī)定范圍，則放棄該油滴，重新尋找新的油滴進(jìn)行測量?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】2、初步測量平衡電壓初測：調(diào)節(jié)平衡電壓使油滴保持基本靜止，【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】3、正式測量

找到合適油滴后關(guān)閉油霧室開關(guān)，以免外部氣流影響被測油滴的運(yùn)動。

平衡電壓測量：首先調(diào)節(jié)平衡電壓，使油滴保持靜止，觀察一段時間油滴不再上下移動，記錄此時電壓即為平衡電壓。

下落時間測量：按照前頁介紹方法，測出油滴從起跑線移動到終點(diǎn)線（6格，1.5mm)所用時間，即下落時間。將平衡開關(guān)推向前面，油滴向上運(yùn)動，到達(dá)上面時平衡開關(guān)回到中間，油滴停止移動，重新測量平衡電壓。調(diào)節(jié)平衡電壓旋鈕使油滴移到起跑線上，再次測量下落時間。對每顆油滴反復(fù)測量5次，并測量3顆不同油滴。

【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】3、正式測量找到合適油滴后關(guān)閉油霧室開關(guān)

其中q是油滴的帶電量，n是油滴帶電子數(shù)量，e是電子電量。【數(shù)據(jù)記錄及處理】第一顆油滴第二顆油滴第三顆油滴平衡電壓U/V下落時間t/S平衡電壓U/V下落時間t/S平衡電壓U/V下落時間t/S12345q/Cne/C/C誤差:%其中q是油滴的帶電量，n是油滴帶電子數(shù)量，e是電子電【數(shù)據(jù)記錄及處理】實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)參數(shù)鐘油密度（20℃）ρ981kg·m-3重力加速度g9.79m·s-2空氣粘度（20℃）η1.83×10-5kg·m-1·s-1空氣粘度修正系數(shù)b6.17×10-6m·cmHg標(biāo)準(zhǔn)大氣壓p76.0cmHg油滴下降距離l1.5×10-3m平行極板間距d5.00×10-3m電子電量公認(rèn)值e1.60×10-19C1cmHg=1.3×103Pa

將測出的平衡電壓和下落時間輸入到計算機(jī)中，用數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果抄寫到上頁表格中?！緮?shù)據(jù)記錄及處理】實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)參數(shù)