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1、密立根油滴实验报告名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 10 页 -2 作者：日期：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 10 页 -3 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,利用密立根油滴仪测量带电油滴下落时间，列出统计表格，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确定初步判定电子的存在以来，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
2、立根(R.A.Millikan)设计完成的密立根油滴实验，在近代物理学的发展史上是一个十分重要的实验,它不但有深刻的哲学意义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可能性。密立根油滴实验设计巧妙，原理清楚，设备简单，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
3、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。仪器主要由油滴盒、CCD 电视显微镜、电路箱、监视器等组成。油滴盒是重要部件，加工要求很高，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座架图名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 10 页 -4 试验仪面板结构如图2 所示：具体实验步骤如下: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处理带来困难3。通常选择平衡电压为(200 300)V，匀速下落 1.50 mm（6 格）
4、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、较为清晰明亮的油滴。试将K2置“0 V”档，观察各颗油滴下落大概的速度，从中选一颗作为测量对象过小的油滴观察困难，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，经一段时间观察，油滴确实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
5、较小，并且对油滴的控制比较熟练。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-0 V 计时/停平衡电压+提升平衡7上电极压簧8K19K210联动11K312W图联动名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 10 页 -5 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，使之达到平衡；(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
6、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)重新选取油滴进行试验，共5 次；(8)数据处理，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)测量油滴匀速下降经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
7、把 K2拨向“平衡”，做好记录后，再施加400V的上升电压，将 K2拨向“提升”，使油滴匀速上升经过原选定的测量距离，测出所需时间te,在整个测量时最好将 K2与 K3的联动断开。同一油滴测量8 次；(4)重新选取油滴进行试验，共3 次；(5)数据处理，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1 2 平衡电压?/?/?平衡电压?/?/?1 241V 21.80 1.17 10-18219V 8.43 5.65 10-182 241V 22.151.14 10-18219V 8.43 5.65 10-183 241V 23.071.07 10-18
8、219V 8.43 5.65 10-184 240V 22.84 1.09 10-18220V 8.30 5.76 10-185 240V 23.46 1.05 10-18220V 8.50 5.55 10-186 240V 22.01 1.16 10-18220V 8.31 5.75 10-187 240V 22.82 1.09 10-18220V 8.35 5.71 10-18平均值 q?1.11 10-185.67 10-18油滴编号测量序次3 4 平衡电压?/?/?平衡电压?/?/?1 250V 8.300、5.07 10-18231V 9.48 4.47 10-182 250V 8.
9、41 4.97 10-18231V 9.38 4.54 10-18名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 10 页 -6 3 250V 8.31 5.06 10-18230V 9.49 4.48 10-184 250V 8.27 5.10 10-18230V 9.48 4.49 10-185 249V 8.20 5.19 10-18230V 9.57 4.42 10-186 249V 8.33 5.06 10-18230V 9.35 4.58 10-187 249V 8.36 5.03 10-18230V 9.59 4.41 10-18平均值 q?5.07 10-184.
10、48 10-18油滴编号测量序次5平衡电压?/?/?1201V11.243.94 10-182 201V 11.24 3.94 10-183 201V 11.44 3.83 10-184 201V 11.14 3.99 10-185 201V 11.11 4.01 10-186 201V 11.46 3.82 10-187 201V 11.14 3.99 10-18平均值 q?3.94 10-18根据平衡法公式：?=18?2?t?(1+?)?32?式中?=9?2?其中油的密度?=981?/?3重力加速度?=9.80?/?2匀速下降距离?=1.50?空气粘滞系数?=1.83 10-5?/(?3)
11、修正系数?=6.17 10-6?(?)大气压强?=76?(?)平行板间距离?=5.00?将各数值带入公式，便可求出每次测量的油滴的电荷量?。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 10 页 -7 表 2 非平衡法测量油滴编号测量序次1?/s?/sk/?2?1/2?/C1 11.10 11.48 2.99 10-143.97 10-182 11.33 11.43 2.98 10-143.90 10-183 11.29 11.77 2.98 10-143.85 10-184 11.17 11.45 2.99 10-143.95 10-185 11.18 11.41 2.99
12、10-143.95 10-186 11.09 11.60 2.99 10-143.96 10-187 11.17 11.48 2.99 10-143.95 10-188 11.19 11.51 2.99 10-143.93 10-18?的平均值 q?3.9310-18油滴编号测量序次2?/?/?k/kg?2?1/2?/C1 22.51 14.61 2.86 10-141.70 10-182 22.55 14.19 2.86 10-141.73 10-183 22.92 14.25 2.86 10-141.70 10-184 22.86 13.84 2.86 10-141.73 10-185 2
13、3.09 14.33 2.85 10-141.68 10-186 23.10 14.50 2.85 10-141.67 10-187 23.48 14.62 2.85 10-141.63 10-188 23.40 14.40 2.85 10-141.65 10-18?的平均值?1.69 10-18油滴编号测量序次3?/?/?k/?2?1/2?/C1 13.56 11.62 2.95 10-143.21 10-182 13.26 12.04 2.96 10-143.22 10-183 13.06 11.71 2.96 10-143.32 10-184 13.25 11.74 2.96 10-14
14、3.26 10-185 13.23 12.18 2.96 10-143.21 10-186 13.33 11.86 2.96 10-143.23 10-187 13.16 11.95 2.96 10-143.26 10-188 13.33 12.00 2.96 10-143.21 10-18?的平均值?3.24 10-18将数据带入由以下公式求得油滴的电荷量?如表 2 所示：?=?(1?+1?)(1?)12?1?式中名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 10 页 -8?=18?2?(1+?)?32?验证基本电荷数：1.“倒过来验证”法4对油滴的电荷量?进行处理，即用公认
15、的电子电荷值?0=1.602 10-19?去除实验测得的电荷量?，得到一个接近于某一整数的数值，即该油滴所带的基本电荷数目?，再用?去除实验测得的电量，即得电子的电荷值?，表 3 和表 4 分别为平衡法和非平衡法所测得的e值。表 3 油滴编号1 2 3 电荷数7 36 32 e/C 1.58 10-191.58 10-191.58 10-19油滴4 5 电荷数28 25 e/C 1.60 10-191.57 10-19表 4 油滴编号1 2 3 电荷数25 11 20 e/C 1.57 10-191.59 10-191.62 10-19由表 3 和表 4 可求得平衡法中平均值?1=1.584
16、10-19?，非平衡法中平均值?2=1.575 10-19?。计算得：平衡法下测量误差?1=1?(?-?0)2?=1=1.89 10-21?，相对误差 1=|?-?0?0|100%=1.02%；同理非平衡法下测量误差?2=4.33 10-21?，相对误差 2=1.57%2.作图法验证以油滴电量?与所带电子数?为坐标轴，建立坐标得：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 10 页 -9 51015202530351.00E-0182.00E-0183.00E-0184.00E-0185.00E-0186.00E-018q/Cn对数据进行直线拟合，可得直线斜率为k=1.588 10-19，即基本电荷数为1.588 10-19?实验结果误差分析本实验中油滴密度?、空气粘滞系数?随温度变化，重力加速度?和大气压强?又随实验地点变化，从而导致计算有一定误差。本实验使用的“倒过来验证”法只能作为一种实验验证，仅在油滴带电量较少时可以使用。当 n 值较大时，匀速下降的时间很短，带来误差的0.5 个电子的电荷在分配给电子时，误差必然很小，测得e值接近 1.60 10-19?，这也
