文档介绍：密立根油滴实验
浙江大学物理实验中心
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电磁学系列 2
1910年美国物理学家罗伯特·密立根进行了一项世界著名的“油滴实验”,第一次测出了基本电荷的电量。密立根油滴实验的重要意义在于揭示了物质电结构的量子性,对人们认识组成物质的基本结构有决定性的作用。
鉴于密立根对物理科学界的卓越贡献,
于1923年获得了诺贝尔物理学奖
一、实验目的
1、测定油滴的带电量,并推算出电子电荷量e的大小。
2、验证电荷的不连续性。
二、实验原理
1、油滴在静电场中匀速运动之情况
如图1 所示,油滴在静电场运动过程中,调节板间电压V,可使作用在油滴上的重力 mg 和静电力 qE 达到动态平衡。因此可得:
qE
mg
d
v
图1 两平行板之间的带电油滴
由公式可知,V 、d 、g都
是已知量,要测q只需要得
到质量m就可以有了。
2、油滴在无电场之重力场中匀速运动之情况:
平衡时:重力–浮力=粘滞阻力
m很小,空气浮力忽略不计,因此
重力=粘滞阻力
重力:
mg = (4/3)3g
粘滞阻力:6v
平行板不加电压时,油滴受重力而加速下降,但由于空气对油滴的粘滞阻力 f 与油滴的速度 v 成正比,油滴下降一段距离达到某一速度后阻力 f 与重力 mg 平衡,油滴将匀速下降。由斯托克斯定律知:
f = 6v = (4/3)3g
两式得油滴半径的大小为:
对于半径小到 10-6m 的小球,空气的粘滞系数应作修正,此时的斯托克斯定律应修正为:
式中 b 为修正常数,b = 10-6 m·cm Hg,p 为大气压强,单位为 cm Hg。
根据修正后的粘滞阻力公式,得油滴半径为:
上式根号中还包含油滴的半径,由于它处在修
正项中,故不需十分精确,因此用
代入计算即可。
油滴下落的速度可以在不带电场
的情况下,测量匀速下落的距离L与时间t,用公
式求出。
3、油滴的质量为:
4、综合诸多公式:
该公式表示在诸多物理量都知道的情况下,只要测出带电场时,使油滴平衡的电压V及不带电场时,油滴匀速下落的时间t,就可以测出油滴的带电量。