文档介绍：密立根油滴实验
兰州理工大学物理实中心
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密立根油滴实验
密立根简介
实验原理
实验内容及操作步骤
数据处理
思考与讨论
注意事项
历史背景及意义
实验装置
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密立根简介
密立根(Bobert Andrew Millikan)
美国物理学家。1868 年3月22日生于伊利诺伊州的莫里森,1953年12月19日卒于加利福尼亚萨迪纳 。1893 年取得奥伯林大学硕士学位。1895年获哥伦比亚大学博士学位后留学欧洲。1896年回国任教于芝加哥大学。
1907 ~ 1913年间做了一连串实验,用带电油滴准确地测定电子的电荷值,,取得了普朗克常数的精密数值。因在基本电荷和光电效应方面的研究而获得1923年诺贝尔物理学奖。1921年任加利福尼亚理工学院布里奇物理实验室主任,并领导一批物理学家研究宇宙射线,。
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历史背景及意义
密立根油滴实验在近代物理学发展中占有非常重要的地位,该实验清楚地证明了电荷的颗粒性,并确定了最小单位电荷的量值。开设这个实验,不仅是为了掌握一种实验方法,或验证一下前人已经验证过的定律,更重要的是通过实验使学生独立思考,掌握一种发现物理规律的方法———通过本实验发现电荷的颗粒特性,并确定电荷的最小值。
一个电子所带的电荷量是现代物理学重要的基本常数之一。1897年汤姆逊测定了阴极射线的荷质比,证实了阴极射线是带电荷有质量的离子,从而证实了电子的存在。美国杰出的物理学家密立根,从1906年起就致力于细小油滴带电量的测量,他用了11年时间,经过多次重大改进,终于以上千个油滴的确凿实验数据得出基本电荷的电量e=(±)×10-19C,首先直接证实了电荷的量子性,即任何电量都是基本电荷的整数倍,这个基本电荷就是电子所带的电荷,密立根因测出电子电荷及其他方面的贡献,荣获1923年度诺贝尔物理奖。
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实验原理
动态法测油滴带电量(非平衡法)
d
U
qE
mg
一个质量为m、带电量为q的油滴处在两块平行极板之间,在平行极板未加电压时,油滴受重力作用而加速下降。由于空气阻力的作用,下降一段距离后,油滴将作匀速运动,其速度为vg,这时重力与阻力平衡(空气浮力忽略不计)。
根据斯托克斯定律,粘滞阻力为:
mg
vg
这时有
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当在平行极板上加电压U时,油滴处在场强为E的静电场中,设电场力qE与重力相反,使油滴受电场力加速上升,由于空气阻力作用,上升一段距离后,油滴所受的空气阻力、重力与电场力达到平衡(空气浮力忽略不计),油滴将以匀速上升,此时速度为ve,则有:
mg
ve
所以带电油滴的电量为:
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为测定油滴所带电荷q,除应测出U、d 和速度vg、ve外,还需知油滴质量m。由于空气的悬浮和表面张力作用,可将油滴看作均匀的圆球,其质量为:
油滴的半径为
实验时取油滴匀速下降和匀速上升的距离相等,设都为l,测出油滴匀速下降的时间tg,匀速上升的时间为te,则
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粘滞系数η的修正式:
式中,b为修正常数,p为空气压强,a为油滴半径。
由