密立根油滴实验摘 要：本文阐述了在密立根油滴实验中，测量带电油滴的电荷数从而验证电荷的不连续性，并测定电荷的电荷值e的方法本文使用静态测量法和动态测量法两种方法,运用密立根油滴仪测量带电油滴下落时间，列出登记表格，由此计算出电荷的电荷值e，并对实验结果进行误差分析关键词：带电油滴 静态测量法 动态测量法一、 引言自电子的荷质比的拟定初步鉴定电子的存在以来，科学界便开始对电子电荷进行测定[1]其中由美国物理学家密立根(R.A.Millikan)设计完毕的密立根油滴实验，在近代物理学的发展史上是一个十分重要的实验,它不仅有深刻的哲学意义[2]，还证明了任何带电体所带的电荷都是某一最小电荷——基本电荷的整数倍；明确了电荷的不连续性；并精确地测定了基本电荷的数值，为从实验上测定其它一些基本物理量提供了也许性密立根油滴实验设计巧妙，原理清楚，设备简朴，结果准确，所以它历来是一个著名而有启发性的物理实验通过学习密立根油滴实验的设计思想和实验技巧，可以提高学生的实验能力和素质二、 实验方案本实验使用OM99 CCD微机密立根油滴仪,其为用于验证电荷的不连续性及测量基本电荷电量的物理实验仪器，也是学习了解CCD图像传感器的原理与应用、学习电视显微测量方法的实验仪器。
仪器重要由油滴盒、CCD电视显微镜、电路箱、监视器等组成油滴盒是重要部件，加工规定很高，其结构见图1：8．上盖板9．喷雾口10．油雾孔11．上电极压簧12．油滴盒基座1．油雾杯2．油雾孔开关3．防风罩4．上电极5．油滴盒6．下电极7．座架图1实验仪面板结构如图2所示：1．电源线 2．指示灯 3．调平水泡 4．电源开关 5．视频电缆 6．显微镜- 0 V 计时/停 平衡电压+ 提高平衡7．上电极压簧 8．K1 9．K2 10．联动 11．K3 12．W图2联动具体实验环节如下:练习测量选择一颗合适的油滴，大而亮的油滴必然质量大，所带电荷也多，而匀速下降时间则很短，增大了测量误差和给数据解决带来困难[3]通常选择平衡电压为(200 ~ 300) V，匀速下落1. 50 mm（6格）的时间在(8 ~ 20) s左右的油滴较适宜喷油后，K2置“平衡”档，调“平衡电压”电位器W使极板电压为(200 ~ 300) V，注意几颗缓慢运动、较为清楚明亮的油滴试将K2置“0 V”档，观测各颗油滴下落大约的速度，从中选一颗作为测量对象过小的油滴观测困难，布朗运动明显，会引入较大的测量误差。
判断油滴是否平衡要有足够的耐性用K2将油滴移至某条刻度线上，仔细调节平衡电压，这样反复操作几次，经一段时间观测，油滴的确不再移动才认为是平衡了测准油滴上升或下降某段距离所需的时间，一是要统一油滴到达刻度线什么位置才认为油滴已踏线，二是眼睛要平视刻度线，不要有夹角反复练习几次，使测出的各次时间的离散性较小，并且对油滴的控制比较纯熟正式测量：1.平衡法（静态法）测量(1) 连接好仪器，将仪器表面调水平，打开监视器和油滴仪的电源；(2) 向喷雾口喷油后，关上油雾孔开关；(3) 将K1置向一极，K2置“平衡”档，按下联动开关；(4) 选择一颗合适的油滴，调节“平衡电压”电位器W，使之达成平衡；(5) 将已调平衡的油滴用K2控制移到“起跑”线上（一般取第2格上线），按K3（计时/停），让计时器停止计时（值未必为0）；(6) 将K2拨向“0 V”，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7格下线）时迅速将K2拨向“平衡”，油滴立即静止，计时也停止，此时电压值和下落时间值显示在屏幕上，记录下相应的数据，同一油滴测量7次；(7) 重新选取油滴进行实验，共5次；(8) 数据解决，求出e值，计算误差，结果分析及总结等。
2. 动态法测量(1) 选定测量的一段距离（取第2格上线至第7格下线），然后把开关拨向“下降”，使油滴自由下落；(2) 测量油滴匀速下降通过选定测量距离所需要的时间tg，为了在按动计时器时有思想准备，应先让它下降一段距离后再测量；(3) 测完tg把K2拨向“平衡”，做好记录后，再施加400V的上升电压，将K2拨向“提高”，使油滴匀速上升通过原选定的测量距离，测出所需时间te, 在整个测量时最佳将K2与K3的联动断开同一油滴测量8次；(4) 重新选取油滴进行实验，共3次；(5) 数据解决，求出e值，计算误差，结果分析及总结等三、 结果与讨论表1 平衡法测量 油滴编号测量序次12平衡电压tg/sq/C平衡电压tg/sq/C1241V21.801.17×10-18219V8.435.65×10-182241V22.151.14×10-18219V8.435.65×10-183241V23.071.07×10-18219V8.435.65×10-184240V22.841.09×10-18220V8.305.76×10-185240V23.461.05×10-18220V8.505.55×10-186240V22.011.16×10-18220V8.315.75×10-187240V22.821.09×10-18220V8.355.71×10-18平均值q1.11×10-185.67×10-18 油滴编号测量序次34平衡电压tg/sq/C平衡电压tg/sq/C1250V8.300、5.07×10-18231V9.484.47×10-182250V8.414.97×10-18231V9.384.54×10-183250V8.315.06×10-18230V9.494.48×10-184250V8.275.10×10-18230V9.484.49×10-185249V8.205.19×10-18230V9.574.42×10-186249V8.335.06×10-18230V9.354.58×10-187249V8.365.03×10-18230V9.594.41×10-18平均值q5.07×10-184.48×10-18 油滴编号测量序次5平衡电压tg/sq/C1201V11.243.94×10-182201V11.243.94×10-183201V11.443.83×10-184201V11.143.99×10-185201V11.114.01×10-186201V11.463.82×10-187201V11.143.99×10-18平均值q3.94×10-18根据平衡法公式：q=18π2pgηltg1+bpa32∙dV 式中a=9ηl2ρgtg其中油的密度 ρ=981kg/m3重力加速度 g=9.80m/s2匀速下降距离 l=1.50mm空气粘滞系数 η=1.83×10-5kg/(m∙s3)修正系数 b=6.17×10-6m∙cm(Hg)大气压强 p=76cm(Hg)平行板间距离 d=5.00mm将各数值带入公式，便可求出每次测量的油滴的电荷量q。
表2 非平衡法测量 油滴编号测量序次1tg/ste/sk/kg∙m2∙s1/2q/C111.1011.482.99×10-143.97×10-18211.3311.432.98×10-143.90×10-18311.2911.772.98×10-143.85×10-18411.1711.452.99×10-143.95×10-18511.1811.412.99×10-143.95×10-18611.0911.602.99×10-143.96×10-18711.1711.482.99×10-143.95×10-18811.1911.512.99×10-143.93×10-18q的平均值q3.93×10-18 油滴编号测量序次2tg/ste/sk/kg∙m2∙s1/2q/C122.5114.612.86×10-141.70×10-18222.5514.192.86×10-141.73×10-18322.9214.252.86×10-141.70×10-18422.8613.842.86×10-141.73×10-18523.0914.332.85×10-141.68×10-18623.1014.502.85×10-141.67×10-18723.4814.622.85×10-141.63×10-18823.4014.402.85×10-141.65×10-18q的平均值q1.69×10-18 油滴编号测量序次 3tg/ste/sk/kg∙m2∙s1/2q/C113.5611.622.95×10-143.21×10-18213.2612.042.96×10-143.22×10-18313.0611.712.96×10-143.32×10-18413.2511.742.96×10-143.26×10-18513.2312.182.96×10-143.21×10-18613.3311.862.96×10-143.23×10-18713.1611.952.96×10-143.26×10-18813.3312.002.96×10-143.21×10-18q的平均值q3.24×10-18将数据带入由以下公式求得油滴的电荷量q如表2所示：q=k1te+1tg1tg12∙1V 式中k=18π2pgηl1+bpa32∙d验证基本电荷数：1.“倒过来验证”法[4]对油滴的电荷量q进行解决，即用。