文档介绍：密立根油滴实验
121180052 李璇
电子科学与工程学院
实验背景
实验原理
实验装置
实验方法
题外话
OUTLET
1987年汤姆生(Thomson. Jose John,1856-1940)发现了电子的存在后,人们进行了多次尝试,以精确确定它的性质。汤姆生又测量了这种基本粒子的比荷(荷质比),证实了这个比值是唯一的。美国物理学家密立根(R. A. Millikan,1868-1953)从1909到1917年所做的测量微小油滴上所带电荷的工作,即所谓的油滴实验,再全世界久负盛名,堪称物理实验的典范。他精确的测定了电子电荷的值,直接证实了电荷的不连续性,在物理学发展史上具有重要意义。密立根由于测定了电子电荷和借助光电效应测量出普朗克常数等成就,荣获1923年诺贝尔物理学奖。
实验背景
R. A. Millikan 1868-1953
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。
根据斯托克斯定律,粘滞阻力为
因此
实验原理
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:
又因为
可得油滴所带电量
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:
油滴半径
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
考虑到油滴非常小,空气已不能看成连续,空气的粘滞系数硬修正为
b为修正常数,p为空气压强,a为油滴半径。
调节平行板间的电压,使油滴不动,ve=0,即te→∞,由式(10)可求得:
为了求电子电荷e,在实验中,要对多个不同的油滴进行测量,然后求这些油滴电量的最大公约数,此数就是基本电荷e的电量值。这时带电油滴的电荷变化量△q应近似为某一最小单位的整数倍,此最小单位即为基本电荷e。
静态平衡法
实验装置
实验仪器用MOD-5型密立根油滴仪,它改变了从显微镜中观察油滴的传统方式,D摄像头成像,将油滴在监视器屏幕上显示。视眼宽广,观测省力,免除眼睛疲劳,这是油滴仪的重大改进。