文档介绍：密立根油滴实验 华南理工大学 实验物理中心
密立根油滴实验
1907-1913年密立根用在电场和重力场中运动的带电油滴进行实验，发现所有油滴所带的电量均是某一最小电荷的整数倍，该最小电荷值就是电子电荷。 密立根油滴实验 华南理工大学 实验物理中心
密立根油滴实验
1907-1913年密立根用在电场和重力场中运动的带电油滴进行实验，发现所有油滴所带的电量均是某一最小电荷的整数倍，该最小电荷值就是电子电荷。1923年获得了诺贝尔物理学奖。
密立根油滴实验获得两项重大的成果：
一是证明了任何带电物体所带的电荷都是基本电荷e的整数倍，并精确测出了基本电荷的数值；
二是明确了电荷的不连续性，即电荷具有量子性。
实验原理
通过带电油滴在电场和重力场中受力和运动情况，测定基本电荷的电量。按油滴静止或作匀速运动两种运动方式分类，油滴法测电子电荷分为平衡测量法和动态测量法。
实验原理
平衡法测油滴带电量
d
U
qE
mg
一个质量为m、带电量为q的油滴处在两块加有电压U的平行板之间。受到平行板间静电场力（qE）、自身重力（mg）的作用(空气的浮力忽略不计)。
油滴平衡时，有
由于表面张力的作用，可将油滴看作半径为 的圆球, ,
当平行板不加电压时，油滴受到重力作用而加速下降，由于油滴粘滞阻力（Fr）的作用，油滴下降一段距离后，达到某一均匀速度Vg。根据斯托克斯定律，油滴匀速下降时满足下式：
因此有,
mg
vg
可得平衡法测油滴电量公式为
考虑到油滴的直径与空气分子的间隙相当，空气已不能看成是连续介质，其粘度η需作相应的修正 。
p为空气压强，b为修正常数
实验原理
修正后的半径为
上式中还包含油滴的半径，但因它处于修正项中，可以不十分精确，因此可以用右式计算。
修正后的油滴带电量公式为
实验时，当平行板电压为零时，让油滴作匀速运动，测出油滴下降距离为 l 时对应的时间tg ，则可得出
修正后平衡法测油滴电量公式为
已知参数值
钟油的密度 ρ = 981 kg/m3
重力加速度 g = m / s2
空气的粘滞系数 η = ×10-5 kg /m·s
油滴下降距离 l = ×10-3 m
常数 b = ×10-3m·Pa
大气压 P = ×105Pa
平行极板距离 d = ×10-3 m
显示器
油滴实验装置
实验仪器
油滴电离室示意图
油滴电离室侧视图
油滴电离室俯视图
实验仪器
密立根油滴仪
油雾室
平衡水泡
CCD物镜
极板电压转换开关
计时键
平衡电压调节
ccd
提升、平衡、下降转换开关
联动键
TV显示器
画面共显示8条横格，，从最上条到最下条的间距是2mm。
计时显示
电压显示
实验内容与步骤 -调整仪器
(1)油滴盒水平调节
调节油滴仪的水平螺钉，使水准仪的气泡移到中央，这时平行极板处于水平位置，电场方向和重力平行。
(2 ) 显微镜调焦
将显微镜筒前端和底座前端对齐，然后喷油后再稍稍前后微调即可。在使用中，前后调焦范围不要过大，取前后调焦1mm内的油滴较好
选择合适的油滴——选择平衡电压150V左右，（6格）时间8-20s的油滴
（1）将油滴仪的换向开关K1放在“+”或“-”上，功能键K2置于“平衡”档，调节平衡电压大约在150V左右。
（2）用喷雾器将油从喷雾口喷入（喷一次即可），推上油雾孔挡板，以免空气流动而使油滴乱漂移，微调CCD聚集，使能清晰的看到油滴。
（3）将K2开关置于“提升”或“0V”，观察到油滴能够上、下自如运动，然后将其移动在屏幕上某刻度线上，将K2置于“平衡”档，细调平衡电压, 使之保持平衡。
正式测量——平衡法测量油滴电量
（1）将已调平衡的油滴用K2移到“起跑”线上（一般取第2格上线）。
（2）将K2拨向“0V”，油滴开始下降的同时，计时器开始计时。到“终点”（一般取第7格下线）时迅速将拨向“平衡”，油滴立即静止，计时也立即停止（可将联动键打开）。记录此时的电压与时间。
（3）对于同一颗油滴，必须重复测量5次。
（4）另选3-4颗不同的油滴，用同样的方法进行测量。
注意：选取油滴时每个油滴的平衡电压和下降时间不能相同。
实验数据记录表格
油滴编号
平衡电压 (V)
平均电压
油滴匀速下降时间 (s)
平均
时间
[q/e]
基本
电荷量 (c)
V1
V2
V3
V4
V