1、实验目的 1、 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，并测定电子电荷的电荷值 e。 2、 通过实验过程中，对仪器的调整、油滴的选择、耐心地跟踪和测量以及数据的处理等，培养学生严肃认真和一丝不苟的科学实验方法和态度。 3、 学习和理解密立根利用宏观量测量微观量的巧妙设想和构思。二、实验原理：一、实验原理1、静态（平衡）测量法 用喷雾器将油滴喷入两块相距为 d 的平行极板之间。油在喷射撕裂成油滴时，一般都是带电的。设油滴的质量为 m，所带的电量为 q，两极板间的电压为V ，如图 1 所示。图 1如果调节两极板间的电压 V ，可使两力达到平衡，这时：(1)dqEmg为了测出
2、油滴所带的电量 q，除了需测定平衡电压 V 和极板间距离 d 外，还需要测量油滴的质量 m。因 m 很小，需用如下特殊方法测定：平行极板不加电压时，油滴受重力作用而加速下降，由于空气阻力的作用，下降一段距离达到某一速度 后，阻力 与重力 mg 平衡，如图 2 所示（空气浮力忽略不计） ，grf油滴将匀速下降。此时有：(2)mgvafr6其中 是空气的粘滞系数，是 油滴的半径。经过变换及修正，可得斯托克斯定律：(3)pabvfgr16其中 b 是修正常数， b=6.1710-6mcmHg,p 为大气压强，单位为厘米汞高。图 2至于油滴匀速下降的速度 ，可用下法测出：当两极板间的电压 V 为零时,
3、gv设油滴匀速下降的距离为 ，时间为 t ，则 l(4)gtv最后得到理论公式：(5)Vdpabtlgq23)1(282、动态（非平衡）测量法非平衡测量法则是在平行极板上加以适当的电压 V ，但并不调节 V 使静电力和重力达到平衡，而是使油滴受静电力作用加速上升。由于空气阻力的作用，上升一段距离达到某一速度 后，空气阻力、重力与静电力达到平衡（空气浮力忽略不计） ，油滴将匀速上升，如图 3 所示。这时：（6）mgdVqvae6图 3当去掉平行极板上所加的电压 V 后，油滴受重力作用而加速下降。当空气阻力和重力平衡时，油滴将以匀速 下降，这时：（7）mgv6化简，并把平衡法中油滴的质量代入，得理
4、论公式：（8）2123128eettvdpablgq三、实验仪器： 根据实验原理，实验仪器密立根油滴仪，应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（数字毫秒计） ，改变油滴带电量从 q 变到 q的装置，实验油，喷雾器等。MOD5 型密立根油滴仪的基本外形和具体结构示于图 4。四、实验数据处理：电 压 /v T/s 电 荷 量 *1019 平 均 约 带 电 荷 电 子 电 量 /C*10-19油 滴 1 307 25 3.229970986 3.240005 2 1.620003309 24.9 3.229297699309 24.7 3.270390422
5、307 25 3.229970986308 24.7 3.281008573308 25.1 3.199391569油 滴 2 367 22.5 3.18678934 3.233097 2 1.616548368 22.3 3.22284608369 22.4 3.19168771368 22.1 3.268595341368 22 3.291867655369 22.2 3.236793921油 滴 3 245 22.5 4.773680358 4.799093 3 1.599698244 22.3 4.860685892244 22.4 4.826773628243 22.5 4.8129
6、69908245 22.5 4.773680358243 22.7 4.746766501油 滴 4 231 19.5 6.3319672 6.38945 4 1.597362229 19.4 6.438730025231 19.2 6.487047644231 19.4 6.382983445229 19.6 6.336473173230 19.5 6.359497493油 滴 5 215 14.2 11.14630046 11.30398 7 1.614854213 14.3 11.12903749215 14 11.39446521212 14.4 11.06118887218 13.9
7、 11.36339387216 13.7 11.729476331.609693*10-19 C 平 均 电 子 电 量思考题(1)若平行极板不水平，对测量有何影响？若不水平，油滴不会垂直运动，运动距离难以计算，且垂直方向平衡时收到的力大于重力(2)如何选择合适的油滴进行测量？下落 0.2mm 用时 15 到 30s 之间，所加电压大于 200 (3)为什么要静止和匀速？实验上怎样做才能保证油滴做匀速运动？静止或匀速时油滴才能受力平衡。从起始线静止开始，过一段时间经过下方测量线再开始测量(4)怎样区别油滴所带电荷量的改变和测量时间的误差？如果平衡电压变化过大，则说明带电量发生了改变(5)为什么向油雾室喷油时要使两极板短路使其中不存在电场，大量油滴可以通过重力自然进入两基板之间。五总结本实验利用电压、运动时间等这些可以直接测量和控制的宏观物理量来实现对微观物理量电子电量的测量。把宏观的电量通过油滴这个在宏观微小但在微观又较大的媒介与微观的电子电量联系起来，可以说是一种极其有创造力的做法。在测量的过程中，关键点在于如何找到合适的油滴，这十分要求实验者的耐心和观察能力。比较的方式是找到大量油滴后将电压调到 200v，选择仍在缓慢下降的油滴。但是仍然很靠运气，需要很多次实验。这说明，在实验时一定不能怕麻烦而放弃，只有大量的实验才能让我们得到正确的数据。
