密立根油滴实验——基本电荷测定Bobert Andrew Millikan华东理工大学物理实验中心一、实验历史背景及意义1897年汤姆逊发现了电子的存在，一个电子所带的电 荷量是现代物理学重要的基本常数之一由美国杰出的物理学家密立根首先设计并完成的密立 根油滴实验，采用了宏观的力学模式来研究微观世界 的量子特性它证明了带电体所带的电荷都是某一最 小电荷的整数倍，明确了电荷的电荷的量子化，并精 确地测定了基本电荷e的数值实验设计巧妙，将微观测量量转化为宏观量的测量， 在近代物理学的发展史上具有里程碑意义密立根本 人也因此荣获1923年诺贝尔物理学奖人们用类似的方法测定基本粒子夸克的电量1) 学习密立根油滴实验的设计思想2) 验证电荷的不连续性，并测定基本电荷值3) 培养学生严谨的科学实验态度二、实验目的三、实验原理如何测量微观电荷量q？油滴在极板间同时受到重力mg，电场力qE和空气浮力 Ff的作用平衡时有：思路：转化测量法找到一个宏观测量量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：重力及空气浮力可表示为：同时，考虑到平行板未加电压时，油滴在重力作用下 降落时，受到空气对油滴的粘滞力作用。
当空气的粘滞力、浮力和油滴的重力平衡时，油滴作 匀速运动其中P229由此，对油滴所带电荷量q的测量，最终通过力F这个 物理量作为桥梁，转化为对油滴运动的位移l和所需 时间tg的测量当平行板电压为零时，油滴作匀速运动的速度有以上公式最后可得：2）对粘滞系数的修正 起先计算所得的e值随油滴的减小而增大，密立根认为 由于油滴甚小，其直径可和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密立根对实验的改进最初，密立根用水滴作为电量的载体的，由于水 滴的蒸发，改用了挥发性小的油滴1）用油滴替代水滴q基本电荷e的计算为了证明电荷的不连续性和所有电荷都是基本电荷e的整数倍，并得到基本电荷e值，我们可用“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四、实验仪器MOD-5型密立根油滴仪电压显示计时显示油雾室平衡水泡CCD物距调节平衡电压 调节电压转换 开关电源开关计时键3. 实验内容五、实验内容：用静态（平衡）法测定电子的电荷 1、熟悉仪器的使用 2、调整仪器 3、练习控制油滴 4、练习选择油滴 5、对同一油滴进行10—12次测量 1 1）调整仪器）调整仪器水平调节水平调节：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，使仪器予热打开电源开关，使仪器予热1010分钟分钟 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2）控制油滴3）选择合适的油滴测量两个量，平衡电压U和油滴匀速下降距离l所需 要的时间tg1）测量平衡电压必须经过仔细的调节，将油滴置于 分划板上某条横线附近，判断是否平衡2） l一般取0.2cm比较合适3）对同一颗油滴应进行10-12次测量，每次测量都 要 重新调整平衡电压4）测量六、数据处理与分析电电荷序 号平衡 电压电压下降时间时间qnt1t2t3t4t51 2 3 4 5 用“倒证法”计算电荷电量实验值： 相对误差： nqn1n2q1q2图解法已知参数值 钟油密度： 空气粘滞系数： 重力加速度 ： 修正常数 ： 大气压压强： 平行极板间间距 ： 油滴运动动的距离： 七、注意事项（选做项目一）用动态法测量油滴的电荷，求出电子电荷e 选做项目二）用改变油滴所带电荷的方法,测量油滴电荷的改变 量,求电子电荷e . 1）调整仪器时，如果打开有机玻璃油雾室，必须 将平衡电压反向开关置“0”。
2）同一颗油滴反复多次测量时，不要丢失油滴八、思考题1）若平行极板不水平，对测量有何影响？2）如何选择合适的油滴进行测量？3）实验上怎样做才能保证油滴做匀速运动？4）怎样判断油滴所带电荷量的改变？。