(32)-密立根油滴實驗

密立根油滴實驗密立根簡介圖1羅伯特·安德魯·密立根（RobertAndrewsMillikan，1868年3月22日—1953年12月19日），美國實驗物理學(xué)家。1923年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者。1、加電場，油滴靜止

質(zhì)量m，帶電量為q的球形油滴，在兩塊加有電壓V的平行極板之間受兩個力的作用（如圖2所示）。若調(diào)節(jié)極板間的電壓U，使兩力達到平衡，這時：實驗原理圖2電場存在受力圖2、不加電場，油滴勻速下落(2)（4）

(3)

（5）(b-修正常數(shù);P-大氣壓強)（6）圖3不加電場受力圖實驗原理5（8）（9）（7）將（6）式代入（3）式得：圖4各參數(shù)值：(10)本實驗最終依據(jù)的測量公式:

6倒過來驗證法求基本電荷e7

實驗測量電荷值

q實驗

，除以公認(rèn)的電子電荷值e=1.602×10-19C，得到一個接近于某一整數(shù)的數(shù)值：n‵=

q實驗/e理論,在誤差允許范圍內(nèi)這一整數(shù)值n

即為油滴所帶的基本電荷數(shù)，再用這一n去除實驗測量的電量，即得電子電荷值：e實驗=q實驗/n百分差：張怡北方民族大學(xué)物理實驗中心實驗儀器介紹實驗儀包括：主機、CCD成像系統(tǒng)、油滴盒、監(jiān)視器和噴霧器等部件組成9圖5實驗儀器介紹CCD成像系統(tǒng)油滴盒監(jiān)視器噴霧器主機圖6主機操作按鈕調(diào)焦旋鈕電壓調(diào)節(jié)旋鈕計時開始/結(jié)束切換鍵0V/工作切換鍵平衡/提升鍵確認(rèn)鍵10實驗儀器介紹圖7油滴盒裝置示意圖：11油霧杯油滴室上下極板1、實驗過程中不能開窗戶2、時刻用抹布擦凈桌面的油漬3、光學(xué)器件嬌貴，不許放書包和水杯在上面4、CCD盒、緊定螺釘、攝像鏡頭的機械位置不能變更，否則會對像距及成像角度造成影響。5、注意調(diào)整進油量開關(guān)，應(yīng)避免外界空氣流動對油滴測量造成影響。6、儀器內(nèi)有高壓，實驗人員避免用手接觸電極。12實驗注意事項北方民族大學(xué)物理實驗中心實驗內(nèi)容1、調(diào)節(jié)儀器1）水平調(diào)整：調(diào)整調(diào)平螺釘旋鈕，直到水準(zhǔn)泡正好處于中心，使平衡電場方向與重力方向平行，否則油滴在下落或提升過程中會發(fā)生左右的漂移。（嚴(yán)禁旋動水準(zhǔn)泡上的旋鈕）2）儀器硬件接口連接（監(jiān)視器亮度調(diào)整為20、對比度調(diào)整為100）14實驗內(nèi)容3）實驗儀聯(lián)機使用打開實驗儀器電源和監(jiān)視器電源

按主機任意鍵檢查監(jiān)視器參數(shù)設(shè)置（g、ρ、P、油滴下落距離）按主機確認(rèn)鍵。監(jiān)視器顯示實驗界面（圖8）；主機的計時“開始/結(jié)束”鍵為結(jié)束、“0V/工作”鍵為0V、“平衡/提升”鍵為“平衡”。15圖8實驗界面示意圖加到極板的電壓保存結(jié)果顯示區(qū)（5格子）計時開始到結(jié)束所經(jīng)歷的時間實驗方法16顯示當(dāng)前設(shè)置的油滴下落距離電荷運動位移1.6mm4）打開油滴盒進油量開關(guān)，從噴霧口噴入油霧，調(diào)整調(diào)焦旋鈕，使監(jiān)視器出現(xiàn)大量清晰的油滴。2、測量練習(xí)

1）練習(xí)控制油滴：設(shè)置計時“開始/結(jié)束”鍵為結(jié)束、“0V/工作”鍵為工作、“平衡/提升”鍵為“平衡”，平衡電壓調(diào)為約400V。噴入油滴，調(diào)節(jié)調(diào)焦旋鈕，使屏幕上顯示大部分油滴。選擇一個上升緩慢的油滴，首先調(diào)節(jié)調(diào)焦旋鈕使該油滴最小最亮，然后仔細(xì)調(diào)節(jié)平衡電壓的大小，使它平衡在某一格線上。接著，

將“平衡/提升”鍵轉(zhuǎn)換為“提升”使該油滴上升，然后去掉極板電壓（即“0V/工作”鍵為0V

）再讓它下降。如此反復(fù)升降，直到能熟練控制油滴的運動。若發(fā)現(xiàn)油滴逐漸變得模糊，需微調(diào)調(diào)焦旋鈕，使油滴保持清晰。172）練習(xí)選擇油滴：選擇一個大小合適，帶電量適中的油滴，是做好本實驗的關(guān)鍵。選的油滴不能太大，太大的油滴雖然比較亮，但是一般帶電荷比較多，下降速度也比較快，時間不容易測準(zhǔn)確。油滴也不能選得太小，油滴太小受布朗運動或氣流的影響太大，時間也不容易測準(zhǔn)確。通?？梢赃x擇平衡電壓在280V到330V之間，勻速下降1格所用時間為2-5秒的油滴，其大小和帶電量都比較合適。183、正式測量：三個參數(shù)設(shè)置按鍵分別為：“結(jié)束”、“工作”、“平衡”狀態(tài)，平衡電壓調(diào)為約400V

。通過噴霧口向油滴盒內(nèi)噴入油霧。選取合適的油滴，仔細(xì)調(diào)整平衡電壓U，使其平衡在起始（最上面）格線上。將“0V/工作”狀態(tài)按鍵切換至“0V”，此時油滴開始下落，當(dāng)油滴下落到有“0”標(biāo)記的格線時，立即按下計時“開始”鍵，同時計時器啟動，開始記錄油滴的下落時間t。19當(dāng)油滴下落至有距離標(biāo)記的格線時（例如：1.6），立即按下計時“結(jié)束”鍵，同時計時器停止計時，油滴立即靜止，“0V/工作”按鍵自動切換至“工作”。通過“確認(rèn)”按鍵將這次測量的“平衡電壓和勻速下落時間”結(jié)果同時記錄在監(jiān)視器屏幕上。將“平衡/提升”按鍵置于“提升”，油滴將向上運動，當(dāng)回到高于有“0”標(biāo)記格線時，將“平衡/提升”鍵切換至“平衡”狀態(tài)，油滴停止上升，重新調(diào)整平衡電壓。（注意：如果此處的平衡電壓發(fā)生了突變，則該油滴得到或失去了電子。這次測量不能作數(shù)，從步驟②開始重新找油滴。）20重復(fù)③④⑤，并將數(shù)據(jù)（平衡電壓V及下落時間t）記錄到屏幕上。當(dāng)5次測量完成后，按“確認(rèn)”鍵，系統(tǒng)將計算5次測量的平均平衡電壓和平均勻速下落時間，并根據(jù)這兩個參數(shù)自動計算并顯示出油滴的電荷。21圖9界面顯示測量結(jié)果22百分差：