1、参考实验报告 密立根油滴实验测电子电荷 e- 1 -浙江大学宁波理工学院物理实验报告一、 实验名称：密立根油滴实验测电子电荷 e二、 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。三、 仪器用具：密立根油滴实验仪四、 实验原理：动态测量法假设重力场中一个足够小油滴的运动，设此油滴半径为 ，质量为 ，空气r1m是粘滞流体，故此运动油滴除重力和浮力外
2、还受粘滞阻力的作用。由斯托克斯定律，粘滞阻力与物体运动速度成正比。设油滴以速度 匀速下落，则有fv12fmgKv（1）此处 为与油滴同体积的空气质量， 为比例系数， 为重力加速度。油滴2 g在空气及重力场中的受力情况如图 1 所示：若此油滴带电荷为 ，并处在场强为 的均匀电场中，设电场力 方向与重qEqE力方向相反，如图 2 所示，如果油滴以速度 匀速上升，则有rv参考实验报告 密立根油滴实验测电子电荷 e- 2 -（2）12()fqEmgKv由式（1）和（2）消去 ，可解出 为Kq（3）12()()frfmgqvE由式（3）可以看出，要测量油滴上携带的电荷 ，需要分别测出 、q1m、 、 、
3、 等物理量。2mEfvr由喷雾器喷出的小油滴的半径 是微米数量级，直接测量其质量 也是困难的，r 1为此希望消去 ，而代之以容易测量的量。设油与空气的密度分别为 、 ，于1 2是半径为 的油滴的视重为r（4）3421gmgr)(21五、 实验内容： 学习控制油滴在视场中的运动，并选择合适的油滴测量元电荷。要求至少测量 5 个不同的油滴，每个油滴的测量次数应在 3 次以上。1、 调整油滴实验仪 水平调整调整实验仪底部的旋钮(顺时针仪器升高，逆时针仪器下降)，通过水准仪gm2fvgm1图 1 重力场中油滴受力示意图qEgm2rKvgm1图 2 电场中油滴受力示意图参考实验报告 密立根油滴实验测电子
4、电荷 e- 3 -将实验平台调平，使平衡电场方向与重力方向平行以免引起实验误差。极板平面是否水平决定了油滴在下落或提升过程中是否发生前后、左右的漂移。 喷雾器调整将少量钟表油缓慢的倒入喷雾器的储油腔内，使钟表油湮没提油管下方，油不要太多，以免实验过程中不慎将油倾倒至油滴盒内堵塞落油孔。将喷雾器竖起，用手挤压气囊，使得提油管内充满钟表油。 仪器硬件接口连接主机接线：电源线接交流 220V/50Hz；Q9 视频输出接监视器视频输入（IN） 。监视器：输入阻抗开关拨至 75 （ohm） ，Q9 视频线缆接 IN 输入插座。电源线接 220V/50Hz 交流电压。前面板调整旋钮自左至右依次为左右调整、
5、上下调整、亮度调整、对比度调整。 实验仪联机使用a 打开实验仪电源及监视器电源，监视器出现欢迎界面b 按任意键：监视器出现参数设置界面，首先，设置实验方法，然后根据该地的环境适当设置重力加速度、油密度、大气压强、油滴下落距离。“”表示左移键、 “”表示为右移键、 “+”表示数据设置键。c 按确认键出现实验界面：将工作状态切换至“工作” ，红色指示灯亮，将平衡、提升按键设置为“平衡” 。 CCD 成像系统调整从喷雾口喷入油雾，此时监视器上应该出现大量运动油滴的像。若没有看到油滴的像，则需调整调焦旋钮或检查喷雾器是否有油雾喷出，直至得到油滴清晰的图像。 控制油滴的运动选择适当的油滴，调整平衡电压，
6、使油滴平衡在某一格线上，将工作状态参考实验报告 密立根油滴实验测电子电荷 e- 4 -按键切换至“0 V” ，绿色指示灯点亮，此时上下极板同时接地，电场力为零，油滴将在重力、浮力及空气阻力的作用下作下落运动，当由滴下落到有 0 标记的刻度线时，立刻按下定时开始键，同时计时器开始记录油滴下落的时间；待油滴下落至有距离标志（例如 1.6）的格线时，立即按下定时结束键，同时记时器停止记时。经历一小段时间后 0V、工作按键自动切换至“工作” （平衡、提升按键处于“平衡” ） ，此时油滴将停止下落，可以通过确认键将此次测量数据记录到屏幕上。将工作状态按键切换至“工作” ，红色指示灯点亮，此时仪器根据平衡
7、或提升状态分两种情形：若置于“平衡” ，则可以通过平衡电压调节旋钮调整平衡电压；若置于“提升” ，则极板电压将在原平衡电压的基础上再增加 200V 的电压，用来向上提升油滴。 选择适当的油滴要作好油滴实验，所选的油滴体积要适中，大的油滴虽然明亮，但一般带的电荷多，下降或提升太快，不容易测准确。太小则受布朗运动的影响明显，测量时涨落较大，也不容易测准确。因此应该选择质量适中而带电不多的油滴。建议选择平衡电压在 150-400V 之间、下落时间在 20S（当下落距离为 2mm 时）左右的油滴进行测量。平衡测量法： 开启电源，进入实验界面将工作状态按键切换至“工作” ，红色指示灯点亮；将平衡、提升按
8、键置于“平衡” 。 通过喷雾口向油滴盒内喷入油雾，此时监视器上将出现大量运动的油滴。选取适当的油滴，仔细调整平衡电压，使其平衡在某一起始格线上（见后面平衡法示意图） 。 将工作状态按键切换至“0V” ，此时油滴开始下落，当油滴下落到有“0”标记的格线时，立即按下定时开始键，同时计时器启动，开始记录油滴的下落时参考实验报告 密立根油滴实验测电子电荷 e- 5 -间。 当油滴下落至有距离标记的格线时（例如：1.6） ，立即按下定时结束键，同时记时器停止记时（如无人为干预，经过一小段时间后，工作状态按键自动切换至“工作” ，油滴将停止移动） ，此时可以通过确认按键将测量结果记录在屏幕上。 将平衡、提
9、升按键置于“提升” ，油滴将被向上提升，当回到高于有“0”标记格线时，将平衡、提升键置回平衡状态，使其静止。 重新调整平衡电压，重复，并将数据记录到屏幕上（平衡电压 V 及下落时间 t） 。当达到 5 次记录后，按确认键，界面的左面出现实验结果。 重复步，测出油滴的平均电荷量至少测 5 个油滴，并根据所测得的平均电荷量 求出它们的最大公约数，即Q为基本电荷 值（需要足够的数据统计量） 。根据 e 的理论值，计算出 e 的相对误e差。 数据记录：单位10 -19CQ1 Q2 Q3 Q4 Q51 3259 4850 3118 7986 32272 3185 4784 3243 8023 32843
10、 3076 4886 3247 8061 31834 3307 4902 3189 7751 32075 3208 4899 3099 7985 3187平均 3207 4864 3179 7955 3218六、 数据处理：参考实验报告 密立根油滴实验测电子电荷 e- 6 -验证实验数据：假定电子的电荷 e=1.60210-19CN1=Q1/e=3.207/1.6022N2=Q2/e=4.864/1.6023N3=Q3/e=3.179/1.6022N4=Q4/e=7.955/1.6025N5=Q5/e=3.218/1.6022分别用每个油滴所带的电量 Q 除以其所含有的电子个数并求其平均值e 测=（3.207/2+4.864/3+3.179/2+7.955/5+3.218/2）10 -19/5=1.60910-19C七、 实验结果：e 测=1.60910 -19C A=(1.609-1.602)/1.602=4.4生物医药创新班 张凯翔 学号 3090501082
