密立根油滴实验 理学院物理实验教学中心 大学物理实验

一、实验目的  通过对实验仪器的调整，油滴的选择、跟 踪和测量，以及实验数据处理等，培养学 生严谨的科学实验态度。  通过对带电油滴在重力场和静电场中运动 的测量，验证电荷的不连续性，并测定基 本电荷值。  测定基本电荷；

基本电荷 e 的计算 “ 倒过来验证 ” 的办法进行数据处理。即 用公认的电子电荷值 e ＝ 1.602× C 去除实验测得的电荷量 q ，得到一个接 近与某一个整数的数值，这个整数就是 油滴所带的基本电荷的数目 n ，再用这 个 n 去除实验测得的电荷量 q ，即得电子 的电荷值 e 。 二、实验原理

qE d+ _ U mg 求m?求m?求m?求m? 已知油密度，求体积。把油滴看成小球，求半径即可。 1. 加电场，油滴静止 实验设计思想 : 使带电油滴在测量范围内处于受力平衡状态。

式中 η 为空气粘滞系数， a 为油滴的半径。 2. 不加电场，油滴匀速下落 在平行板未加电压时，油滴受重力 的作用而加速下降，由于空气粘滞 阻力 f 的作用，下降一段距离后， 油滴将匀速运动，速度为 v g ，此时 f 与 mg 平衡。 mg f d 由斯托克斯定律知，粘滞阻力为 ：

10 -6 m) 斯托克斯定律适用于连续介质中球状物体所受的粘滞力。 由于油滴甚小（直径 m) ，可与空气分子的平均自由 程相比拟，所以不能再将空气看成是连续介质，油滴所 受粘滞力必将减小，粘滞系数应予以修正。 。 b 为修正系数， p 为空气压强， a 为未经修正过的油滴半径 。

将（ 4 ）式代入（ 3 ）式得 该式就是静态法测量油滴所带电荷的公式。

实验仪器： OM99CCD 密立根油滴仪 喷雾器 油 三、实验仪器

三、实验仪器

四、实验内容和步骤 1. 调整仪器  调仪器底部左右两只调平螺丝，使水准泡指示水平，这时 平行极板处于水平位置。

四、实验内容和步骤  将油从油雾室的喷雾口喷 入（喷一次即可），微调 测量显微镜的调焦手轮， 这时视场中出现大量清晰 的油滴，如夜空繁星。 2. 练习测量  试加上平衡电压（ 200V 左 右），改变其大小，驱散不需 要的油滴，练习控制其中一颗 油滴的运动。

 如此反复多次地进行练习，以掌握控制油滴的方 法。记录油滴经过六个栅格间距所用的时间。  注视其中的某一颗，仔细调节平衡电压，使这颗 油滴静止不动。  然后去掉平衡电压，经过一定距离，油滴匀速下 降，下降一段距离后再加上提升电压，使油滴上升。

重复上述过程 6 次，分别记录平衡电压和匀速下 降时间 t g 。 重复上述过程 6 次，分别记录平衡电压和匀速下 降时间 t g 。 3. 用平衡法测量 将已调平衡的油滴用 “ 提升 ” 控制移到起跑线上， 然后拨向 “ 0V ” ，油滴开始匀速下降的同时，计时 器开始计时，当油滴到终点时，计时立即停止， 迅速将电压拨至 “ 平衡 ” ，然后 “ 提升 ” 。 将已调平衡的油滴用 “ 提升 ” 控制移到起跑线上， 然后拨向 “ 0V ” ，油滴开始匀速下降的同时，计时 器开始计时，当油滴到终点时，计时立即停止， 迅速将电压拨至 “ 平衡 ” ，然后 “ 提升 ” 。 注意：每次测量都需检查平衡电压， 分别记下不同的平行板电压值。 注意：每次测量都需检查平衡电压， 分别记下不同的平行板电压值。

五、数据处理要求 设计数据表格，记录油滴的平衡电压和下降时间 ; 油滴一 U/v T g /s 平均 求出电子电荷 e 并与标准电荷比较，求出相对误差。 二 U/v T g /s 三 U/v T g /s

六、注意事项 通常选择平衡电压在 200 至 300 伏特之间，在 20 ～ 30 秒时间内匀速下降 1.5 毫米的油滴，其大小和 带电量都比较合适。 ①要做好本实验，很重要的一点是选择合适的油滴。 选的油滴体积不能太大，太大的油滴虽然比较亮， 但带的电荷比较多，下降速度也比较快，时间不 容易测准确。 油滴也不能选的太小，太小则布朗运动明显。

②测量油滴匀速下降一段距离 L 所需要的时间 t g 时， 应先让油滴下降一段距离后再测量时间。 选定测量的一段距离 L ，应该在平行板之间的中 央部分，即视场中分划板的中央部分。 若太靠近上电极板，小孔附近有气流，电场也不 均匀，会影响测量结果。若太靠近下电极板， 测量完时间 t g 后，油滴容易丢失，影响测量。

七、思考题 1. 实验中选择合适油滴的原则是什么？ 2. 为什么使油滴作匀速运动或静止？实验中如 何保证油滴在测量范围内作匀速运动？