文档介绍：实验目的验证电荷的不连续性,测定电子的电荷值e。实验器材油滴仪、电源、喷雾器、秒表等。实验原理美国物理学家密立根历时七年之久,通过测量微小油滴所带的电荷,不仅证明了电荷的不连续性,即所有的电荷都是基本电荷e的整数倍,而且测得了基本电荷的准确值。电荷e是一个基本物理量,它的测定还为从实验上测定电子质量、普朗克常数等其他物理量提供了可能性,密立根因此获得了1923年的诺贝尔物理学奖。密立根油滴实验用经典力学的方法,揭示了微观粒子的量子本性。因为它的构思巧妙,设备简单,结果准确,所以是一个著名而有启发性的物理实验。我们重做密立根油滴实验时,应学习前辈物理学家精湛的实验技术,严谨的科学态度及坚忍不拔的探索精神。用油滴法测量电子的电荷有两种方法,即平衡测量法和动态测量法,分述如下:平衡测量法图25-1:油滴在两平行极板之间静止用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的水平放置的平行极板之间。油滴在喷射时由于摩擦,一般都是带电的。设油滴的质量为m,所带电量为q,两极板之间的电压为V,则油滴在平行极板之间同时受两个力的作用,一个是重力mg,一个是静电力。如果调节两极板之间的电压V,可使两力相互抵消而达到平衡,如图27-1所示。这时(25-1)为了测出油滴所带的电量q,除了需测定V和d外,还需测量油滴的质量m。因m很小,需要用如下特殊的方法测定。平行极板未加电压时,油滴受重力作用而下降,但是由于空气的粘滞阻力与油滴的速度成正比,油滴下落一小段距离达到某一速度后,阻力与重力平衡(空气浮力忽略不计),油滴将匀速下降。由斯托克斯定律可知(25-2)式中η是空气的粘滞系数,r是油滴的半径(由于表面张力的原因,油滴总是呈小球状)。设油滴的密度为ρ,油滴的质量m又可以用下式表示(25-3)由(2)式和(3)式得到油滴的半径(25-4)斯托克斯定律是以连续介质为前提的,对于半径小到10-6m的微小油滴,已不能将空气看作连续介质,空气的粘滞系数应作如下修正式中b为一修正常数,b=×10-6m·cmHg,p为大气压强,单位为cmHg。用代替(4)式中的,得(25-5)上式根号中还包含油滴的半径r,但因为它处于修正项中,不需要十分精确,故它仍可以用(4)式计算。将(5)代入(3)式,得(25-6)对于匀速下降的速度,可用下法测出:当两极板间的电压V=0时,设油滴匀速下降的距离为,时间为tg,则(25-7)将(7)式代入(6)式,(6)式代入(1)式,得(27-8)上式就是用平衡法测定油滴所带电荷的计算公式。2、动态测量法在平衡测量法中,公式(27-8)是在条件下推导出的。在动态测量法中,两极板上加一适当的电压VE,如果qE>mg,而且这两个力方向相反,油滴就会加速上升,油滴向上运动同样受到与速度成正比的空气阻力的作用。当油滴的速度增大到某一数值后,作用在油滴上的电场力、重力和阻力达到平衡,此油滴就会以匀速上升,这时(25-9)当去掉两极板所加的电压VE后,油滴在重力的作用下加速下降,当空气阻力和重力平衡时将此式代入(9)式(25-10)实验时,如果油滴匀速下降和匀速上升的距离相等,设都为,匀速上升的时间为tE,匀速下降的时间为tg,则,(25-11)将(6)式和(11)式代入(10)式得:(25-12)上式就是用动态法测定油滴所带电荷的计算公式。仪器的外观如图25-2所示为MOD-4型1