文档介绍：近代物理实验报告
密立根油滴实验
学院数理与信息工程学院
班级物理
姓名
学号
时间 2013年12月9日
密立根油滴实验
【摘要】
本实验我们根据密立根油滴实验原理,D摄像技术,从监视器上观察油滴运动,测定了油滴带电量,并运用差值法处理了相应数据,得出了元电荷e的值,验证了电荷的量子性,同时也了解了密立根巧妙的设计思想,进一步提高了实验技能。
【关键词】油滴;平衡态;非平衡态;电荷大小
【引言】
1917年密立根设计并完成了密立根油滴实验,其重要意义在于它直接地显示出了电量的量子化,并最早测定了电量的最小单位——基本电荷电量,即电子所带电量。这一成就大大促进了人们对电和物质结构的研究和认识。油滴实验中将微观量测量转化为宏观量测量的巧妙设想和精确构思,以及用比较简单的仪器,测得比较精确而稳定的结果等都是富有创造性的。由于上述工作,密立根获得了1923年度诺贝尔物理学奖。密立根的实验装置随着技术的进步而得到了不断的改进,但其实验原理至今仍在当代物理科学研究的前沿发挥着作用,例如,科学界用类似的方法测定出基本粒子——夸克的电量。
【实验方案】
一、实验原理
1、静态(平衡)测量法
用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的平行极板之间。油在喷射撕裂成油滴时,一般都是带电的。设油滴的质量为m,所带的电量为q,两极板间的电压为V ,如图 1 所示。
图1
如果调节两极板间的电压V ,可使两力达到平衡,这时:
(1)
为了测出油滴所带的电量q,除了需测定平衡电压V 和极板间距离d 外,还需要测量油滴的质量m。因m很小,需用如下特殊方法测定:平行极板不加电压时,油滴受重力作用而加速下降,由于空气阻力的作用,下降一段距离达到某一速度后,阻力与重力mg平衡,如图 2 所示(空气浮力忽略不计),油滴将匀速下降。此时有:
(2)
其中是空气的粘滞系数,是油滴的半径。经过变换及修正,可得斯托克斯定律:
(3)
其中b是修正常数, b=×10-6m·cmHg,p为大气压强,单位为厘米***高。
图2
至于油滴匀速下降的速度,可用下法测出:当两极板间的电压V为零时,设油滴匀速下降的距离为,时间为t ,则
(4)
最后得到理论公式:
(5)
2、动态(非平衡)测量法
非平衡测量法则是在平行极板上加以适当的电压V ,但并不调节V 使静电力和重力达到平衡,而是使油滴受静电力作用加速上升。由于空气阻力的作用,上升一段距离达到某一速度υ后,空气阻力、重力与静电力达到平衡(空气浮力忽略不计),油滴将匀速上升,如图 3 所示。这时:
(6)
图3
当去掉平行极板上所加的电压V 后,油滴受重力作用而加速下降。当空气阻力和重力平衡时,油滴将以匀速υ下降,这时:
(7)
化简,并把平衡法中油滴的质量代入,得理论公式:
(8)
二、实验仪器
根据实验原理,实验仪器——密立根油滴仪,应包括水平放置的平行极板(油滴盒),调平装置,照明装置,显微镜,电源,计时器(数字毫秒计),改变油滴带电量从q变到q′的装置,实验油,喷雾器等。MOD-5 型密立根油滴仪的基本外形和具体结构示于图 4。
三、实验步骤

将仪器放平稳,调节仪器底部左右两只调平螺丝,使水准泡指示水平,这时平行极板处于水平位置。预热 10分钟,利用预热时间从测量显微镜中观察,如果分划板位置不正,则转动目镜头,将分划板放正,目镜头要插到底。调节接目镜,使分划板刻线清晰。
将油从油雾室旁的喷雾口喷入(喷一次即可),微调测量显微镜的调焦手轮,这时视场中即出现大量清晰的油滴,如夜空繁星。
对 MOD-D一体化的屏显油滴仪,则从监视器荧光屏上观察油滴的运动。如油滴斜向运动,D,使油滴垂直方向运动。

(1)练****控制油滴如果用平衡法实验喷入油滴后,加工作(平衡)电压 250
伏特左右,工作电压选择开关置“平衡”档,驱走不需要的油滴,直到剩下几颗缓慢运动的为止。注视其中的某一颗,仔细调节平衡电压,使这颗油滴静止不动。然后去掉平衡电压,让它自由下降,下降一段距离后再加上“提升”电压,使油滴上升。如此反复多次地进行练****br/>(2)练****测量油滴运动的时间任意选择几颗运动速度快慢不同的油滴,用计时器测出它们下降一段距离所需要的时间。或者加上一定的电压,测出它们上升一段距离所需要的时间。如此反复多练几次。
(3)练****选择油滴选的油滴体积不能太大,太大的油滴虽然比较亮,但一般带的电量比较多,下降速度也比较快,时间不容易测准确。若油滴太小则布朗运动明显。通常可以选择平衡电压在 200 到300伏特间,在8-30s左右时间内匀速下降 ,其大小和带电量都比较合适。
(4)练****改变油滴的带电量对 MO