油滴法测基本电荷

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1、油滴法测基本电荷油滴法测基本电荷制作：张莹制作：张莹物理实验中心物理实验中心9/7/20241实验介绍实验介绍 美国物理学家密立根（美国物理学家密立根（R.A.R.A.MillikanMillikan) )在在1906-19171906-1917年所做的测量微小油滴上所带电荷的工年所做的测量微小油滴上所带电荷的工作，即油滴实验，是物理学史上具有重要意义的作，即油滴实验，是物理学史上具有重要意义的实验。油滴实验直接验证了电荷的量子性，并且实验。油滴实验直接验证了电荷的量子性，并且第一次精确的测量了电子的电荷，由于这一开创第一次精确的测量了电子的电荷，由于这一开创性的工作，密立根荣获性的工作，密立

2、根荣获19231923年诺贝尔物理奖。年诺贝尔物理奖。9/7/20242实验目的实验目的1、测量基本电荷的电量，加深对电荷、测量基本电荷的电量，加深对电荷“量子性量子性”的理解。的理解。2、通过本实验进一步训练实验者严谨求、通过本实验进一步训练实验者严谨求实的实验态度和工作作风。实的实验态度和工作作风。9/7/20243实验仪器实验仪器 密立根油滴仪、显示仪、密立根油滴仪、显示仪、 喷雾器、喷雾器、9/7/20244+F电电 mg 。实验原理实验原理fr mg 。9/7/20245 在上图中，首先调节极板之间的电压，使得在上图中，首先调节极板之间的电压，使得 qUqU=mg =mg （1 1）

3、 即油滴在极板之间保持静止。即油滴在极板之间保持静止。 撤掉极板之间的电压，油滴所受的电场力随撤掉极板之间的电压，油滴所受的电场力随之消失，油滴在重力和空气阻力的作用下运动，之消失，油滴在重力和空气阻力的作用下运动，运动一段时间后，运动一段时间后， f fr r=mg=mg 这样油滴开始以此时的速度这样油滴开始以此时的速度v v作匀速运动。其中：作匀速运动。其中： 9/7/20246 f fr r=6av =6av （2 2） 油滴近似为球形：油滴近似为球形： m=(4/3) am=(4/3) a3 3 （3 3） 同时修正为：同时修正为： =/(1+b/pa) =/(1+b/pa) （4 4

4、） 因此连立以上各式，可得：因此连立以上各式，可得： q=18d/U(2g)q=18d/U(2g)1/21/2l/t(1+b/pa)l/t(1+b/pa)3/23/2 9/7/20247 可见，只要测出油滴运动的速度和极板可见，只要测出油滴运动的速度和极板之间的电压即可测出油滴的电量。之间的电压即可测出油滴的电量。 由电荷的由电荷的“量子性量子性”可得可得q q只能为某一只能为某一数值的整数倍，由此可以得出油滴所带电子数值的整数倍，由此可以得出油滴所带电子的总数的总数n n，从而得到一个油滴的电荷值为从而得到一个油滴的电荷值为 e=q/ne=q/n 9/7/20248实验步骤实验步骤 1、视频

5、电缆、视频电缆 2、保险丝、保险丝 3、电源线、电源线 4、电源开关、电源开关 5、指示灯、指示灯 6、显微镜、显微镜 7、上电极压簧、上电极压簧 8、K1 9、 K2 10、计时开关计时开关K3 11、平衡电压平衡电压W9/7/20249 仔细调节平衡电压仔细调节平衡电压U使油滴能够静止使油滴能够静止于屏幕上某条刻度线上。于屏幕上某条刻度线上。 测量油滴匀速下降距离测量油滴匀速下降距离L所需的时间所需的时间t。 对同一颗油滴进行对同一颗油滴进行8次测量，另选次测量，另选4颗颗油滴，用同样的方法进行测量。油滴，用同样的方法进行测量。9/7/202410注意事项注意事项1 1、选择平衡电压、选择

6、平衡电压200200V V左右，下降左右，下降2 2mmmm时间时间 8-208-20s s的油滴。的油滴。2 2、每次都要调节平衡电压。、每次都要调节平衡电压。3 3、实验前必须调节水准泡。、实验前必须调节水准泡。4 4、喷油时喷雾器必须竖直。、喷油时喷雾器必须竖直。5 5、擦拭极板时要关掉电源，以免中电。、擦拭极板时要关掉电源，以免中电。9/7/202411附录附录罗伯特罗伯特安德勒斯安德勒斯密立根简介密立根简介（Robert Andrews Millikan）1868-1953 密立根教授是杰出的美国实验物理学家和密立根教授是杰出的美国实验物理学家和教育家，他把毕生精力用于科学研究和教育

7、事教育家，他把毕生精力用于科学研究和教育事业，他是电子电荷的最先测定者。业，他是电子电荷的最先测定者。 密立根从密立根从1907年开始进行测量电子电荷年开始进行测量电子电荷的实验。的实验。1909年至年至1917年他对带电油滴在相年他对带电油滴在相反的重力场和静电场中的运动进行了详细的研反的重力场和静电场中的运动进行了详细的研究。究。1913年发表的电子电荷测量结果年发表的电子电荷测量结果9/7/202412 e=4.770* 10-10静电单位电荷。这一著名的静电单位电荷。这一著名的油滴实验曾轰动整个科学界，使密立根名扬四油滴实验曾轰动整个科学界，使密立根名扬四海。海。 1916年密立根又解

8、决了光电效应的精确测年密立根又解决了光电效应的精确测量问题，第一次由光电效应实验测量了普朗克量问题，第一次由光电效应实验测量了普朗克常数常数h。 密立根教授由于测量电荷和研究光电效应密立根教授由于测量电荷和研究光电效应的杰出成就，荣获了的杰出成就，荣获了1923年度诺贝尔物理学年度诺贝尔物理学奖金。奖金。9/7/202413思考题思考题1、如何判断油滴是否开始作匀速运动、如何判断油滴是否开始作匀速运动？2、是否有别的方法测量一个微小的质、是否有别的方法测量一个微小的质 量量m？3、你认为哪些因素导致本实验的误差你认为哪些因素导致本实验的误差？9/7/202414THE END9/7/202415