关于密里根油滴实验

密里根油滴实验

电子电荷是一个重要的基本物理量，对它的准确测定有很大的意义。1883年由法拉第电解定律发现了电荷的不连续结构；1897年J J 汤姆逊通过对阴极射线的研究，测量了电子的荷质比，从实验上发现了电子的存在；而用个别粒子所带的电荷的方法来直接证明电荷的分立性，以及首先准确测定电子电荷的数值，则是由密立根（Milton）在1911年完成的。本实验就利用密立根油滴实验仪验证电荷的不连续性，并求出电子所带的电量。从实验结果可以看出，任何油滴从空气中捕获的电荷都是Z小电荷的整数倍。

密立根油滴实验历来是一个而有启发性的实验，它设计巧妙，结果准确。在实验中，认真选择油滴，耐心跟踪和测量，培养一丝不苟的科学实验态度。

实验中要学会选择合适的油滴，并且熟练控制油滴以进行多次测量。计算每个油滴的带电量，这里采用倒过来验证的方法，即用公认的电子电量值去除每个油滴的电量，并取一Z接近的整数，用这个整数除油滴的电量，得到电子电荷的测量值。

该实验是一个近代物理实验，难度系数：1.00，适合自动化、电子信息工程、电气工程及其自动化、机械设计制造及其自动化、过程装备与控制工程、材料成型及控制工程、资源勘查工程、勘查技术与工程、船舶与海洋工程等专业以及对近代物理理论和实验感兴趣的同学选做。

实验内容

1、正确选择和控制油滴。一般选择平衡电压在200V以上，匀速下降2mm距离用时间20-30S的油滴。如果油滴过大，下降速度会过快，油滴过小，则布朗运动明显。

2、用平衡法测量油滴匀速下降2mm所用的时间。共选择5颗油滴，每个油滴测量5次。

3、计算每个油滴的带电量，然后计算电子电荷。这里我们采用倒过来验证的方法 ，即用公认的电子电量值去除每个油滴的电量，取一个Z接近的整数，再用这个整数除油滴的电量，从而得到电子电荷的测量值。

4、将电子电荷的测量值与理论值进行比较，计算相对百分误差。

仪器简介

密立根油滴仪，包括水平放置的平行极板（油滴盒）、调平装置、照明装置、显微镜、电源、计时器（秒表）、实验用油、喷雾器等。

预习要求

1、通过分析油滴在极板间的受力情况，理解平衡法测量油滴电量公式的推导过程。

2、明白整个实验的大致过程，如选择5个合适的油滴，每个油滴测量多次；计算每个油滴的带电量；求解电子电量。

3、根据要求画出实验数据表格。

问题解答

1、打开仪器电源开关并喷入油雾后，仍看不到油滴，可能的原因有：

（1）显微镜调焦不准确性。同学可自己调节。

（2）极板上的小孔被堵塞了。此时应请老师来处理，因为极板上有高压电，折装极板前必须关闭仪器电源！

2、为了证明电荷的不连续性和所有电荷都是基本电荷e的整数倍，并得到基本电荷e值，Z有说明力的方法是对实验所测得的各个油滴电量q求Z大公约数，这个Z大公约数就是基本电荷e，也就是电子电荷。但由于这样处理较繁琐，测量时的误差又可能较大，因而求出Z大公约数比较困难。

这是采用的倒过来验证的方法，严格说来只能作为一种实验验证方法。

3、对某一个油滴测量了一次或几次后，监视器屏幕上油滴的象可能会变得不清楚了。这是因为由于空气的影响，油滴上下反复运动几次后，水平方向发生了移动，从而造成显微镜调焦不准了，此 时只要微调显微镜调焦旋钮即可。

思考讨论

1、如何判断油滴是否处在平衡状态？

2、实验中如何选择合适的油滴进行测量？

3、试分析空气浮力对实验结果的影响。

4、在实验过程中，如果未调节器水平螺丝，即极板没有处于水平状态，则对实验结果有什么影响？

5、操作时怎样使油滴在计时开始时已经处于匀速运动状态？

注意事项

1、使用喷雾器往油雾室喷油时，不要连续喷多次，一般喷一下即可。以防堵塞极板上的小孔。

2、正确控制选中的油滴，不要跑出显示器的屏幕。要求每个油滴测量6-10次。

3、实验完毕，记录室温和空气的粘滞系数，数据处理时要用到。