文档介绍：第三章 近代物理、综合及应用实验实验二十 密立根油滴美国实验物理学家密立根()在前人研究电荷基本量的基础上,于1909年设计出油滴实验。实验证明了电荷的不连续性,任何带电体所带的电荷都是某一最小电荷的整数倍,精确测定了这一基本电荷的数值e=(±)×10-19c。实验构思巧妙,实验方法简单,实验结论准确,是近代物理学史上一个十分重要的实验[实验目的]、实验方法和实验技巧;。[实验原理]密立根油滴实验主要是测定油滴的带电量,测定油滴带电量一般有两种方法:平衡测量法。该法使带电油滴在电场中受到电场力的作用,正好与油滴的重力相抵消而达到平衡,据此可以测定该油滴所带的电量。动态测量法。该法测出带电油滴在电场中受到电场力作用上升的速度和油滴所受重力作用下落时的速度,据此确定该油滴的带电量。本实验采用平衡测量法来测定油滴所带的电量。如图20-1所示,两块水平放置的平行带电板之间,有一质量为m,带电量为的油滴,同时受到重力mg和静电力E的作用,当两力达到平衡时有图20-1密立根油滴实验原理图(20-1)若d已知,调节两极板电压V,同时设法测出油滴的质量m,则油滴所带的电量就可以求出。由于油滴质量m很小,常规的方法难以测定,需用特殊方法来测定。根据斯托克斯定律,油滴仅在重力作用下运动时,受到空气粘滞阻力f的作用,当油滴运动速度达到某一数值时,阻力与重力平衡,此时有:(20-2)式中是空气的粘滞系数,是油滴半径,数量级为。由于油表面的张力原因,油滴呈小球状。油滴质量:                       (20-3)式中为油滴密度,考虑到油滴的线度与室温下气体分子的平均自由程()的影响,斯托克斯定律应修正为(20-4)式中为修正系数,,为大气压强。据此可得油滴质量为:(20-5)式中的油滴匀速下降的速度为:,式中的为平行板未加电压时油滴下降的长度,为下降时间。将以上诸式整理,最后可求得油滴的电量为:根据式(19-1),若改变油滴所带电量,要使油滴达到平衡,只要改变电压V即可。由实验可以发现,使油滴达到平衡的电压是某些特定的数值,满足方程:(20-6)式中则是一个最小电荷———基本电荷量,这就证明了电荷是不连续的,具有量子性,就是电子电荷的值。[实验仪器]D微机密立根油滴仪[实验内容],各电缆线联接上,插座插紧,保证接触良好。调节仪器底座上的三只调平手轮,D显微镜的焦距调整,只需将显微镜前端和底座前端对齐,待喷油后稍稍前向微调即可。注意调整范围不要过大,一般取前后调焦1mm内的油滴为好。实验时接通油滴仪和监视器电源开关,约5秒后仪器自动进入测量状态,屏幕上显示出标准分划刻度线及V、S值。若想直接进入测量状态,按一下“计量/停”按钮即可。若开机屏幕上字幕混乱,则可切断电源,稍待片刻重新开机即可。面板上用来选择平行板电极的极性,置于+或-均可,不用经常变动。实验中主要使用、和。监视器的图像质量可以通过调节面板内4个调节旋钮来达到。实验时喷雾器的油不可装得太满,否则会堵塞电极的落油孔,或者喷出的是很多的“油”,而不是“油雾”。喷油时喷雾器的喷头不要深入喷油孔内,防止油滴堵塞油孔。做完实验要及时揩擦掉极板及油雾室内的积油。,这是能否顺利做好实验的重要环节。测量练****主要是练****选择合适的油滴,练****测量油滴运动时间和练****控制油滴运动。首先要选择合适的油滴,油滴大质量大,所带电荷多,十分明亮,但匀速下降时间很短,对数据测量带来困难。油滴过小,观察困难,布朗运动明显,也会引起较大测量误差。~1mm左右的油滴较适宜。喷油滴后,置“平衡”位置,调使极板平衡电压为200V~300V,注意寻找缓慢运动,较为清晰明亮的油滴。用将选中的油滴移至某条刻度线上,仔细调节平衡电压,反复操作调试,经仔细观察油滴不再移动才能确定是平衡了。测量油滴上升或下降所需时间时,要统一油滴到达刻度线某一位置,眼睛要平视,反复演练,使测出的各项时间的离散性最小。,实验过程中要测量的物理量有两个:平衡电压V;未加电场(电压)时油滴匀速下降所需的时间。①平衡电压V的测量:将选择好的油滴置于分划板上某条横线附近,仔细调节平衡电压的大小、使油滴达到平衡,此时的电压值即为要测量的平衡电压。②运动时间的测量:为减少误差,选定油滴下降的距离应在平行板的中间部分,取=,即上下各空一格。将已调平衡的油滴用控制移到“起跑线”上,按记时器停止计时,再将拨向“0V”,油滴开始匀速下降,计时器同时开始计时。待油滴到“终点”时迅速将拨向“平衡