电子电荷的测量-实验讲义[1]
电子电荷的测定
（4）
上式就是用静态平衡法测定油滴所带电荷的理论公式。
实验内容与步骤：
测定油滴所带电荷量，验证电荷的“量子化”；计算电子 电 荷 e 值， 并与公认值比较 。
1、仪器调整 （1）油滴盒水平调节。 （2）显微筒前端和底座前端对齐。 （3）喷雾，要求观察到清晰可见的油滴。 2、测量练习 （1）练习控制油滴。 （2）练习测量油滴运动的时间，即测量速度。 （3）练习选择油滴。 ①平衡电压约200～300V左右。 ②油滴匀速下降时间约10～25s左右。
No
Trial
1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 (c)
q
n
e
1019 (c)
e
1
2
3
4 | 6
计算：
1. 总平均值:
e ____( c)
e测 e公 e公 *100 % __________ __ %
（2）
L vg t
（3）
4、理论计算公式
d 18 L q 2 g t (1 b ) V g pa
3 2
实验发现，对于同一颗油滴，如果我们改变它所带 的电量，则能够使油滴达到平衡的电压必须是某些特定 的值Un，这就表示与它相对应的电量是不连续的，即
d
.
qE V mg
.
fr
Vg mg
图22--1 实验原理图
油滴受力图
mg qE q
V d
固有
q mg
d V
（1）
可见测出了V、d、m，即可知道油滴的带电量q 。由于m 很小，必须采用特殊的方法才能加以测定。 2、油滴质量m 的测定
4 3 m a 3
电子电荷测定实验报告
电子电荷测定实验报告电子电荷测定实验报告引言：电子电荷测定是物理学中的一项重要实验，通过测量电子的电荷量，可以深入了解电子的性质和行为规律。
本实验旨在通过观察电子在电场中的运动轨迹，利用电场力与电子的质量和电荷量之间的关系，计算出电子的电荷量。
实验原理：电子电荷测定实验基于电场力与电子的质量和电荷量之间的关系。
根据库仑定律，两个电荷之间的作用力与它们之间的距离成反比。
当一个电子在电场中运动时，受到电场力的作用，其运动轨迹会发生偏转。
根据电场力的大小和方向，可以推断出电子的电荷量。
实验步骤：1. 准备实验装置：将一个平行板电容器放置在水平台上，其中一块平行板连接到正电极，另一块连接到负电极。
在电容器中间放置一个电子束发射装置，用于发射电子束。
2. 调整电场强度：通过调节电容器的电压，使得电场强度达到所需的数值。
记录下电场强度的数值。
3. 发射电子束：打开电子束发射装置，发射一束电子。
4. 观察电子轨迹：使用显微镜观察电子在电场中的运动轨迹，并记录下来。
5. 测量电子轨迹半径：使用尺子或显微镜测量电子轨迹的半径，并记录下来。
6. 计算电子电荷量：根据电场力与电子质量和电荷量之间的关系公式，计算出电子的电荷量。
实验结果与讨论：根据实验数据，我们可以得到电子轨迹半径与电场强度之间的关系。
通过绘制电子轨迹半径与电场强度的曲线，可以求得电子的电荷量。
在实验中，我们发现电子轨迹半径随电场强度的增加而增加。
这与我们的预期一致，因为电场力与电子电荷量成正比，电子轨迹半径的增加意味着电子的电荷量增加。
通过计算，我们得到了电子的电荷量为1.6×10^-19 库仑。
这个结果与已知的电子电荷量非常接近，验证了我们的实验方法的准确性。
结论：通过电子电荷测定实验，我们成功地测量了电子的电荷量，并得到了与已知数值相符的结果。
这个实验不仅帮助我们更深入地了解了电子的性质，还验证了电场力与电子质量和电荷量之间的关系。
电子电荷测定实验在物理学研究和应用中具有重要意义，对于电子学、电磁学等领域的发展起到了积极的推动作用。
密立根油滴实验电子电荷的测量解读
14.8 密立根油滴实验——电子电荷的测量实验简介密立根 (Robert Andrews Millikan ，1868～1953，美国物理学家) 于1907年开始，经历7年时间，用油滴法直接证实了“电”的不连续性，并用实验的方法直接测量了电子的电荷量，这就是著名的密立根油滴实验，它是近代物理学发展史中具有重要意义的实验。
因对基本电荷和光电效应的工作，密立根荣获1932年度诺贝尔物理学奖。
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，并测定电子的电荷e 。
2．了解、掌握密立根油滴实验的设计思想、实验方法和实验技巧。
实验原理用油滴法测量电子的电荷，需要测量油滴的带电量q ，可以用静态（平衡）测量法或动态（非平衡）测量法测q ，也可以通过改变油滴的带电量，用静态法或动态法测量油滴带电量的改变量。
测量方法分析如下：一．静态（平衡）测量法。
用喷雾器将油喷入两块相距为d 的水平放置的平行极板之间。
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 ，所带的电荷为q ，两块极板间的电压为U ，则油滴在平行极板间将同时受到重力mg 和静电力qE 的作用。
如图（4.8-2）所示。
如果调节两极板间的电压U ，可使这两个力达到平衡，这时U mg qE q d== （4.8-1） 从式（4.8-1）可见，为了测出油滴所带电量q ，除了需测定平衡电压U 和极板间距离d 外，还需要测量油滴的质量m 。
因为m 很小，需要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，由于空气粘滞阻力的作用，下降一定距离达到某一速度v g 后，阻力与重力mg 平衡，如图4.8-3所示（空气浮力忽略不计），油滴将匀速下降 。
根据斯托克斯定律，油滴匀速下降时6g f a v mg πη== (4.8-2)式中，η是空气的粘滞系数；a 是油滴的半径（由于表面张力的原因，油滴f r mg v g2 总是呈小球状）。
测量电子电荷的电子电荷测量实验
测量电子电荷的电子电荷测量实验引言：电子电荷是物理学中重要的基本常数之一。
它的准确测量是物理学研究的基础，并且具有广泛的应用领域。
本文将详细介绍一种常用的测量电子电荷的实验方法，包括实验所涉及的物理定律、实验准备、实验过程及实验结果的应用等方面。
一、物理定律：1. 法拉第电解定律：法拉第电解定律是关于电解过程中电荷转移的定律，描述了通过电解质溶液的电导过程中，电荷的转移与电流之间的关系。
根据这一定律，电荷Q与通过电解质溶液的电流I成正比，即Q = I * t，其中，Q为电荷，I为电流，t为时间。
2. 库仑定律：库仑定律描述了电荷之间的相互作用力与它们之间的距离和电量大小的关系。
当两个电荷之间的距离r足够远时，这个力正比于两个电荷的乘积，反比于它们之间距离的平方。
即F = k * (q1 * q2) / r^2，其中，F为电荷之间的相互作用力，q1和q2为两个电荷，r为它们之间的距离，k为库仑常数。
二、实验准备：1. 实验器材：（1）电源：用于提供电流。
（2）导线：用于连接电源和其它实验器材。
（3）电流计：用于测量电流。
（4）电解槽：用于固定电解质溶液并进行电解实验。
（5）电压测量装置：用于测量电解槽上产生的电压。
2. 实验材料：（1）电解质溶液：可以使用硫酸铜溶液或者硫酸锌溶液等，根据实际需求选择不同的电解质溶液。
（2）同位素铜或锌：用于电解质溶液中的电极。
三、实验过程：1. 实验装置搭建：（1）将电解槽放置在电源的正负极之间，使之与电源形成闭合电路。
（2）将电流计接入电解槽电流的路径之中，用于测量电流。
（3）将两个同位素铜（或锌）电极分别插入电解槽中，并通过导线与电源连接。
2. 实验操作：（1）将适量的电解质溶液倒入电解槽中。
（2）调节电流源的电流值，使得电流计读数稳定在合适的范围。
（3）开始电解，记录实验开始时间t0。
（4）经过一段时间t，停止电解，记录此时的时间t1。
（5）根据法拉第电解定律，计算电荷Q = I * (t1 - t0)。
测量电子电荷的电子电荷测量仪实验
测量电子电荷的电子电荷测量仪实验标题：测量电子电荷的电子电荷测量仪实验引言：电子电荷是基本粒子之一，了解和测量电子电荷对于理解电磁现象和电子行为具有重要意义。
本文将介绍一种用于测量电子电荷的电子电荷测量仪实验，并探讨其应用和其他专业性角度。
第一部分：电子电荷的基本原理在介绍实验之前，有必要了解一些基本的物理定律与概念。
根据库仑定律，两个电荷之间的作用力与它们的电荷量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
电子带负电荷，其电荷量记为e，e = -1.602 ×10^-19 库仑。
电荷是宏观电流的基本单位，电荷之间的转移和流动引发了电流。
第二部分：电子电荷测量仪实验的准备工作实验所需的材料和仪器有：电子电荷测量仪、导线、电源、电压表、直流电流表、标准电阻器等。
实验的准备包括以下步骤：1. 确保实验室环境稳定，无干扰源。
2. 搭建电路：将电子电荷测量仪与电源、电压表、直流电流表等连接起来，连接线要保持良好的导电性。
3. 校准仪器：根据仪器的使用说明，对电流表和电压表进行校准，以确保测量结果的准确性。
4. 准备样品：选择一个导电性良好的样品，例如金属片，将其清洁并固定在特定位置上，以待实验使用。
第三部分：电子电荷测量仪实验过程实验的主要步骤如下：1. 启动电源，确保电源输出的稳定。
2. 使用导线将电源与实验样品连接。
3. 通过电流表测量电流强度I，记录下实验开始时的电流值。
4. 使用电压表测量电压V。
5. 计算电子电荷量e：e = I × t / V，其中t为测量时间。
6. 重复多次测量，取平均值，以提高测量结果的准确性。
7. 对测量结果进行统计和分析，并记录实验中的误差来源。
第四部分：实验的应用和其他专业性角度1. 理论验证：通过测量电子电荷的实验，可以验证电子电荷的数值是否与理论值相符合，从而验证库仑定律以及电子电荷的基本属性。
2. 教学应用：该实验可用于物理教学中，帮助学生更好地理解和掌握电荷、电流和电压等概念，并培养实验操作的能力。
电子电荷的测量(密立根油滴实验)
实验５７电子电荷的测量（密立根油滴实验）由美国物理学家密立根（Ｍｉｌｌｉｋａｎ，Ｒ．Ａ．）完成的测量微小油滴上所带电荷的实验——油滴实验，是物理学发展史上具有重要意义的实验。
这一实验首次证明了电荷的不连续性，即任何带电体所带的电量都是基本电荷的整数倍，并精确测定了基本电荷ｅ＝1.60×10-19库仑。
电子电荷是物理学中基本常数之一，在理论和实际工作中都有重要意义，它的精确测定，为从实验上测定许多基本物理量提供了可能性。
密立根油滴实验设计精巧，设备简单，而实验结论却有不容置疑的说服力，因此这一实验历来被看做是物理实验的一个光辉典范。
密立根由于这一杰出工作和在光电效应方面的研究成果而荣获１９２３年诺贝尔物理奖。
【预习重点】（１）用油滴法测量电子电荷的原理。
（２）密立根油滴仪的结构原理和调节使用方法。
【仪器】密立根油滴仪（包括油滴盒、照明装置、显微镜、电源及油喷雾器）、电子停表。
ＭＯＤ—４型油滴仪简介如下。
ＭＯＤ—４型油滴仪结构如图５７—１所示。
油滴盒由两块经过精磨的平行极板、中间垫以胶木圆环组成，两平行极板的间距为ｄ。
胶木圆环上有进光孔（插导光棒）、观察孔（正对显微镜）和石英玻璃窗（旁边装有笔形汞灯）。
上电极板中央有一个直径为０.４ｍｍ的小孔，油滴从油雾室经此孔下落，进入油滴盒。
油滴盒可用调平螺丝调节水平并用水准器校验。
图５７—１油滴实验仪照明装置包括照明灯室和导光棒。
灯室中装一２.２Ｖ聚光小灯泡，通过调节小灯泡方向，可使油滴更为清晰明亮。
显微镜通过胶木圆环上的观察孔观察平行极板间的油滴。
显微镜目镜中装有分划板，其垂直方向的总刻度相当于视物中的３.００ｍｍ，用以测量油滴运动的距离ｌ。
电源共提供４种电压：２.２Ｖ照明小灯泡电压，５００Ｖ直流平衡电压，２５０Ｖ直流升降电压和笔形汞灯工作电压。
５００Ｖ直流平衡电压可连续调节，读数从电压表上读出，并由反向开关换向以改变上下电极板的极性。
开关置“＋”位置时，能使带正电的油滴与重力平衡，置“－”位置时，能平衡带负电的油滴，反向开关置“０”位置时，上下电极短路，极板间电场为零。
密立根油滴实验电子电荷的测量
密立根油滴实验电子电荷的测量密立根（Robert Andrews Millikan , 1868〜1953，美国物理学家）于1907 年开始，经历7 年时间，用油滴法直接证实了“电”的不连续性，并用实验的方法直接测量了电子的电荷量，这就是著名的密立根油滴实验，它是近代物理学发展史中具有重要意义的实验。
因对基本电荷和光电效应的工作，密立根荣获1932 年度诺贝尔物理学奖。
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，并测定电子的电荷e。
2．了解、掌握密立根油滴实验的设计思想、实验方法和实验技巧。
用油滴法测量电子的电荷，需要测量油滴的带电量q,可以用静态（平衡）测量法或动态（非平衡）测量法测q，也可以通过改变油滴的带电量，用静态法或动态法测量油滴带电量的改变量。
测量方法分析如下：一．静态（平衡）测量法。
用喷雾器将油喷入两块相距为d的水平放置的平行极qE板之间。
油在喷射撕裂成油滴时，一般都是带电的。
设油滴Vd的质量为m所带的电荷为q,两块极板间的电压为U,则mg油滴在平行极板间将同时受到重力mg和静电力qE的作用。
图4.8-2如图（4.8-2 ）所示。
如果调节两极板间的电压U,可使这两个力达到平衡，这时UmgqEq,, （4.8-1 ）d从式（4.8-1 ）可见，为了测出油滴所带电量q,除了需测定平衡电压U和极板间距离d外，还需要测量油滴的质量m因为m很小，需要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，由于空气粘滞阻力的作用，下降一定距离达到某一速度v后，阻力与重力mg平衡，如图4.8-3所示（空气浮力忽略不计），fgr 油滴将匀速下降。
根据斯托克斯定律，油滴匀速下降时favmg,,6,, （4.8-2） vgg 式中，a是空气的粘滞系数；是油滴的半径（由于表面张力的原因，油滴,mg总是呈小球状）。
设油的密度为，油滴的质量可以用下式表示，143 （4.8-3） ma 图4.8-3 ,,,3由式（ 4.8-2 ）和式（ 4.8-3 ）得到油滴的半径9,vga, （4.8-4 ）2,g,6对于半径小到m的小球，空气的粘滞系数应作如下修正10,,,,b ，1pa式中，为修正常数，为大气压强，单位用Pa。
密立根油滴实验__电子电荷的测量（实验报告）
实验29 密立根油滴实验——电子电荷的测量【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。
【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。
MOD －5 型密立根油滴仪的基本外形和具体结构如图0所示。
图0【实验原理】用油滴法测量电子的电荷，可以用静态（平衡）测量法或动态（非平衡）测量法，也可以通过改变油滴的带电量用静态法或动态法测量油滴带电量的改变量。
测量方法分述如下。
1． 静态（平衡）测量法用喷雾器将油喷入两块相距为d 的水平放置的平行极板之间。
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 ，则油滴在平行极板间将同时受到重力mg 和静电力qE 的作用，如图1所示。
如果调节两极板间的电压V ，可使两力达到平衡，这时：图1dVqqE mg == （1） 为了测出油滴所带的电量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g ν后，阻力r f 与重力mg 平衡，如图 2 所示（空气浮力忽略不计），油滴将匀速下降。
根据斯托克斯定律，油滴匀速下降时：mg v a f g r ==ηπ6 （2）设油滴密度为ρ，油滴质量m 为：ρπ334a m = （3）则油滴半径为： gv a g ρη29=（4）实验中我们让油滴匀速下降距离l ，测得所需时间为t g ，考虑到空气粘滞系数对半径较小的油滴的修正后，可得油滴的质量为：ρρηπ2/3112934⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+=pa b g v m g （5）其中修正常数b =6.17×10-6m /cmHg ，p 为大气压强，单位为cmHg ，而v g 则为gg t lv =（6） 则：V d pa b t l g q g 231218⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=ηρπ （7） 上式是用平衡测量法测定油滴所带电量的理论公式。
密立根油滴法测定电子电荷实验报告
密立根油滴法测定电子电荷实验报告密立根油滴法测定电子电荷实验报告引言：密立根油滴法是一种重要的物理实验方法，用于测定电子电荷的大小。
本实验旨在通过密立根油滴法，探究电子电荷的本质和数值，并了解该实验方法的原理和步骤。
一、实验原理密立根油滴法是根据油滴在电场中受到电力平衡的原理，通过测量油滴的运动参数，计算出电子电荷的大小。
实验中使用的仪器主要有油滴室、显微镜、电源和气雾发生器。
二、实验步骤1. 实验前准备：将油滴室清洗干净，并保持干燥。
调整显微镜，使其对焦清晰。
连接电源和气雾发生器，确保电源电压和气雾发生器的操作正常。
2. 滴油滴：使用滴管从油滴瓶中取出一滴油滴，轻轻滴在油滴室的孔口处。
3. 施加电场：调节电源电压，使油滴在电场中受到向上的电力。
观察油滴的运动情况，如果油滴向上运动，则减小电压；如果油滴向下运动，则增加电压。
直到油滴保持在一个稳定的位置，不上不下。
4. 记录数据：使用显微镜观察油滴的运动，并记录下油滴的直径、升降时间和电压大小。
5. 重复实验：重复上述步骤，取多个油滴的数据，以提高实验的准确性。
6. 数据处理：根据油滴的直径、升降时间和电压大小，利用公式计算出电子电荷的大小。
三、实验结果与分析通过多次实验得到的数据，计算出电子电荷的平均值为1.6×10^-19库仑。
这个数值与已知的电子电荷的数值非常接近，验证了密立根油滴法的准确性和可靠性。
实验中可能存在的误差主要来自于油滴的不规则形状和电场的非均匀性。
为了减小误差，我们可以增加实验次数，取更多的数据进行平均，同时注意调整电场的均匀性。
四、实验应用密立根油滴法不仅可以用于测定电子电荷的大小，还可以用于研究其他微小粒子的性质。
例如，通过测定金粒的电荷大小，可以研究金的微观结构和性质。
此外，密立根油滴法还可以用于测定空气中微粒的电荷，从而研究大气污染和环境保护等问题。
结论：通过密立根油滴法的实验，我们成功测定了电子电荷的大小，并验证了该实验方法的准确性和可靠性。
实验五电子电荷的测量密立根油滴实验广西师范大学解读
实验五电子电荷的测量――密立根油滴实验引言美国物理学家密立根（Ｒ．Ａ．Ｍｉｌｌｉｋａｎ）从１９０９到１９１７年所做的测量微小油滴上所带电荷的工作，即所谓油滴实验，在全世界久负盛名，堪称实验物理的典范。
他精确地测定了电子电荷的值，直接证实了电荷的不连续性，所以说，密立根油滴实验在物理学发展史上具有重要的意义。
由于这个实验的原理清晰易懂，设备和方法简单、直观而有效，所得结果富有说服力，因此它又是一个富有启发性的实验，其设计思想是值得学习的。
密立根由于测定了电子电荷和借助光电效应测量出普朗克常数等项成就，荣获１９２３年诺贝尔物理学奖。
以往，油滴实验中，用眼睛在显微镜中观测油滴，时间一长，眼睛感到疲劳、酸痛。
我们采用ＣＣＤ摄像机和监视器，对实验加以改进，制成电视显微密立根油滴仪，从监视器上观察油滴，视野宽广，图像鲜明，观测省力。
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，并测量电子的电荷值e。
2.了解ＣＣＤ图像传感器的原理与应用，学习电视显微测量方法。
3．通过实验时对仪器的调整、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。
实验原理一个质量为ｍ带电量为ｑ的油滴处在两块平行极板之间，在平行极板未加电压时，油滴受重力作用而加速下降。
由于空气阻力的作用，下降一段距离后，油滴将作匀速运动，速度为ｖg。
这时重力与阻力平衡(空气浮力忽略不计)，如图2.4-1所示。
根据斯托克斯定律，粘滞阻力为ｆr＝６πａηｖg （2.4-1）式中，η是空气的粘滞系数，ａ是油滴的半径。
这时有６πａηｖg＝ｍg （2.4-2）当在平行极板上加电压Ｕ时，油滴处在场强为Ｅ的静电场中，设电场力ｑＥ与重力相反，如图2.4-2所示。
使油滴受电场力加速上升，由于空气阻力作用，上升一段距离后，油滴所受的空气阻力、重力与电场力达到平衡(空气浮力忽略不计)，油滴将匀速上升，此时速度为ｖe，则有：６πａηｖe＝ｑＥ－ｍg （2.4-3 ）又因为由上述（2.4-1）（2.4-2）（2.4-3）式可解出)V (v v ge g U d m g q += （2.4-4） 为测定油滴所带电荷ｑ，除应测出Ｕ、ｄ和速度ｖg 、ｖe 外，还需知油滴质量ｍ。
大学物理实验用密立根油滴实验测电子电荷e讲义
2gr 2 9
(1
2
)
（5）
因此
1
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2g(1
2
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2
以此代入式（3）并整理得到
Байду номын сангаас
1
q9
2
(
1
3 2)g
2
1 E
(1
vr vf
)v f
3 2
因此，如果测出 v f 、v r 和 、 1 、 2 、E 等宏观量即可得到 q 值。
（6） （7）
3
考虑到油滴的直径与空气分子的间隙相当，空气已不能看成连续介质，其粘度 需作相应的修
5
胶木圆环，构成的平行板电容器。在上板中心处有落油孔，使微小油滴可进入电容器中间的电场空 间，胶木圆环上有进光孔、观察孔。进入电场空间内的油滴由照明装置照明，油滴盒可通过调平螺 旋调整水平，用水准仪检查。油滴盒防风罩前装有测量显微镜，用来观察油滴。在目镜头中装有分 划板，如图 8.1.1-4(请思考，电容器两极板不水平对测量有何影响？)
滴计算所带电荷量的相对不确定度
uq q
，绝对不确定度 uq
（以及此油滴带电量的结果表达式）。
思考题 １． 为什么必须使用油滴作匀速运动或静止？实验室中如何保证油滴在测量范围内作匀速运
电子电荷的测量-实验讲义[1]
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电子电荷的测量——密立根油滴实验由美国实验物理学家密立根(R.A．Millikan)首先设计并完成的密立根油滴实验，在近代物理学的发展史上是一个十分重要的实验。
它证明了任何带电体所带的电荷都是某一最小电荷——基本电荷的整数倍；明确了电荷的不连续性；并精确地测定了基本电荷的数值，为从实验上测定其它一些基本物理量提供了可能性。
由于密立根油滴实验设计巧妙、原理清楚、设备简单、结果准确，所以它历来是一个著名而有启发性的物理实验。
多少年来，在国内外许多院校的理化实验室里，为千千万万大学生(甚至中学生)重复着。
通过学习密立根油滴实验的设计思想和实验技巧，以提高学生的实验能力和素质。
一、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，并测定电子的电荷量e。
2．通过实验时对仪器的调整、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。
二、实验原理用油滴法测量电子的电荷，可以用静态（平衡）测量法或动态（非平衡）测量法。
前者的测量原理、实验操作和数据处理都较简单，常为非物理专业的物理实验所采用；后者则常为物理专业的物理实验所采用。
下面介绍Array静态(平衡)测量法。
用喷雾器将油喷入两块相距为d的水平放置的平行极板之间。
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，所带的电荷为q ，两极板间的电压为V，则油滴在平行极板间将同时受到重力mg和静电力qE的作用。
如图1所示。
如果调节两极板间的电压V，可使该两力达到平衡，这时dVqqE mg == (1) 从上式可见，为了测出油滴所带的电量q ，除了需测定V 和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g υ后，阻力r f 与重力mg 平衡，如图2所示(空气浮力忽略不计)，油滴将匀速下降。
油滴法测电子电荷实验报告
油滴法测电子电荷实验报告实验报告：油滴法测电子电荷实验一、实验目的1.学习和掌握油滴法测量电子电荷的基本原理和方法。
2.通过实验观察和理解电荷对油滴运动的影响。
3.培养实验操作能力和数据处理能力。
二、实验原理油滴法是一种测量基本电荷的实验方法。
基本电荷是物体带电量的最小单元，用e表示。
在真空中，基本电荷的大小是1.60217662×10^-19库仑。
油滴法的基本原理是将油滴悬浮在空气中，并使其带电。
通过测量油滴在重力作用下的运动速度，可以计算出油滴所带的电荷量。
油滴所带的电荷量与悬浮速度之间的关系可以用下式表示：q = 6πμeV/g其中，q为油滴所带的电荷量，μ为空气粘度，e为基本电荷，V为油滴体积，g为重力加速度。
三、实验步骤1.准备实验器材：本实验需要用到油滴仪、稳压电源、显微镜、天平等。
将油滴仪放置在实验台上，调整显微镜观察油滴。
2.调整油滴仪：打开稳压电源，调整油滴仪的电压，使油滴悬浮在空气中。
注意观察油滴的运动状态，如果油滴运动不稳定，可以调整显微镜的焦距，使图像更加清晰。
3.测量数据：通过天平测量油滴的质量m，通过显微镜观察并记录油滴的下落时间t。
根据下落高度和时间计算油滴的下落速度v。
重复测量至少10次，求平均值。
4.数据处理：根据测量数据计算油滴所带的电荷量q。
将测量结果与理论值进行比较，分析误差原因。
四、实验结果及分析实验数据如下表所示：的主要原因可能包括空气粘度、重力加速度、油滴体积的测量误差等。
此外，显微镜观察的误差也可能对结果产生影响。
为了减小误差，可以采取以下措施：在测量过程中保持室内温度和湿度稳定；使用高精度的天平和显微镜；多次重复测量并取平均值等。
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电子电荷的测量——密立根油滴实验由美国实验物理学家密立根(R.A．Millikan)首先设计并完成的密立根油滴实验，在近代物理学的发展史上是一个十分重要的实验。
它证明了任何带电体所带的电荷都是某一最小电荷——基本电荷的整数倍；明确了电荷的不连续性；并精确地测定了基本电荷的数值，为从实验上测定其它一些基本物理量提供了可能性。
由于密立根油滴实验设计巧妙、原理清楚、设备简单、结果准确，所以它历来是一个著名而有启发性的物理实验。
多少年来，在国内外许多院校的理化实验室里，为千千万万大学生(甚至中学生)重复着。
通过学习密立根油滴实验的设计思想和实验技巧，以提高学生的实验能力和素质。
一、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，并测定电子的电荷量e。
2．通过实验时对仪器的调整、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。
二、实验原理用油滴法测量电子的电荷，可以用静态（平衡）测量法或动态（非平衡）测量法。
前者的测量原理、实验操作和数据处理都较简单，常为非物理专业的物理实验所采用；后者则常为物理专业的物理实验所采用。
下面介绍Array静态(平衡)测量法。
用喷雾器将油喷入两块相距为d的水平放置的平行极板之间。
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，所带的电荷为q ，两极板间的电压为V，则油滴在平行极板间将同时受到重力mg和静电力qE的作用。
如图1所示。
如果调节两极板间的电压V，可使该两力达到平衡，这时dVqqE mg == (1) 从上式可见，为了测出油滴所带的电量q ，除了需测定V 和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g υ后，阻力r f 与重力mg 平衡，如图2所示(空气浮力忽略不计)，油滴将匀速下降。
根据斯托克斯定律，油滴匀速下降时mg R π6f ==g r v η （2）式中η是空气的粘滞系数，R 是油滴的半径（由于表面张力的原因，油滴总是呈小球状）。
设油的密度为ρ，油滴的质量m 可以用下式表示ρ334R m π=（3）由(2)式和(3)式，得到油滴的半径gR ρη29g v =（4）对于半径小到10-6米的小球，空气的粘滞系数η应作如下修正pRb +=1'ηη这时斯托克斯定律应改为pR b R f +=16gr v ηπ 式中b 为修正常数，b = 6.17×10-6米—厘米汞高，p 为大气压强，单位用厘米汞高。
得pRb g R +=1129gρηv （5）上式根号中还包含油滴的半径R ，但因它处于修正项中，不需十分精确，因此可用(4)式计算。
将(5)式代入(3)式，得ρρη23g 1129π34⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+=pR b g m v （6） 至于油滴匀运下降的速度g v ，可用下法测出：当两极板间的电压V 为零时，设油滴匀速下降的距离为l ，时间为g t ，则gg t l=v （7）将(7)式代入(6)式，(6)式代入(1)式，得V d pR b t l g q 23g 12π18⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=ηρ （8） 实验发现，对于某一颗油滴，如果我们改变它所带的电量q ，则能够使油滴达到平衡的电压必须是某些特定值V 。
研究这些电压变化的规律，可发现，它们都满足下列方程ne Vdmgq == （9）式中n = ±1，±2，……，而e 则是一个不变的值。
对于每一颗油滴，可以发现同样满足（9）式，而且e 值是一个确定的常数，由此可见，所有带电油滴所带的电量，都是最小电量e 的整数倍。
这个事实说明，物体所带电荷不是以连续方式出现的，而是以一个个不连续的量值出现，这个最小电量e ，就是电子的电荷值。
nqe =（10）（8）式和（10）式，是用平衡测量法测量电子电荷的理论公式。
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(停表或数字毫秒计)，改变油滴带电量从q 变到'q 的装置，实验油，喷雾器等。
本实验使用MOD —5型密立根油滴仪，具体结构为。
㈠油滴盒是本仪器很重要部件,机械加工要求很高，其结构见图3图41．油雾室 2．油雾孔开关 3. 防风罩 4．上电极板 5．胶本圆环 6．下电极板 7．底板 8．上盖板9．喷雾口10．油雾孔11．上电极板压簧l2．上电极板电源插孔13．油滴盒基座油滴盒防风罩前装有测量显微镜，通过胶木圆环上的观察孔观察平行极板间的油滴。
监视器显示屏上有分划板，其总刻度相当于视场中0.400厘米，用以测量油滴运动的距离l。
分划板的刻度如图4所示。
分划板中间的横向刻度尺是用来测量布朗运动的。
㈡仪器面板结构如图5所示。
1．电源开关按钮：按下按钮，电源接通，整机工作。
2．功能控制开关：有平衡、升降、测量三档。
(1) 当处于中间位置即“平衡”档时，可用平衡电压调节旋钮3来调节平衡电压，使被测量油滴处于平衡状态。
(2) 打向“升降”档时，上下电极在平衡电压的基础上自动增加DC200V～300V的提升电压。
(3)打向“测量”档时，极板间电压为0V，被测量油滴处于被测量阶段而匀速下落，并同时按下计时/暂停按钮开始计时；油滴下落到预定距离时，迅速按下计时/暂停按钮，同时停止计时。
本机也可机外用秒表等计时工具计时。
3．平衡电压调节旋钮：可调节“平衡”极板间的电压，电压变化范围DC0～500V 左右。
4．计时/暂停按钮。
5．视频输出插座：CCD摄像头用，输出至监视器，监视器阻抗选择开关拔至75欧处。
6．照明灯室：内置半永久性照明灯，单灯使用寿命大于三年。
7．水泡：调节仪器底部两只调平螺丝，使水泡处于中间，此时平行板处于水平位置。
8．上、下电极：组成一个平行板电容器，加上电压时，板间形成相对均匀电磁场，可使带电油滴处于平衡状态(参见实验原理)。
9．秒表清零键：按一下该键，清除内存，秒表显示“O0.O”秒。
10．显微镜：显示油滴成像。
11．CCD视频输入和CCD电源共用座：CCD成像系统用。
12. 保险丝盒。
13．CCD摄像头。
四、实验内容1．调整仪器将仪器放平稳，调节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。
先预热10分钟，利用预热时间，调节监视器，使分划板刻线清晰。
将油从油雾室旁的喷雾口喷入（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，如夜空繁量。
如果视场太暗，油滴不够明亮，可略微调节监视器面板上的微调旋钮。
注意：⑴调整仪器时，如果打开有机玻璃油雾室，必须先将平衡电压反向开关放在“O”位置。
⑵喷雾时喷雾器应竖拿(参看喷雾器盒子上的示意图)，食指堵住出气孔，喷雾器对准油雾室的喷雾口，轻轻喷入少许油即可。
切勿将喷雾器插入油雾室，甚至将油倒出来。
更不应该将油雾室拿掉后对准上电极板落油小孔喷油。
否则会把油滴盒周围搞脏，甚至把落油孔堵塞。
2．练习测量练习控制油滴：用平衡法实验时，在平行极板上加工作（平衡）电压250伏特左右，驱走不需要的油滴，直到剩下几颗缓慢运动的为止。
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，让它匀速下降，下降一段距离后再加上平衡电压和升降电压，使油滴上升。
如此反复多次地进行练习，以掌握控制油滴的方法。
练习测量油滴运动的时间：任意选择几颗运动速度快慢不同的油滴，测出它们下降一段距离所需要的时间。
或者加上一定的电压，测出它们上升一段距离所需要的时间。
如此反复多练几次，以掌握测量油滴运动时间的方法。
练习选择油滴：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，但一般带的电荷比较多，下降速度也比较快，时间不容易测准确。
油滴也不能选得太小，太小则布朗运动明显。
通常可以选择平衡电压在200伏特以上，在20～30秒时间内匀速下降2毫米的油滴，其大小和带电量都比较合适。
3．正式测量（平衡测量法）从（11）式可见，用平衡测量法实验时要测量的有两个量。
一个是平衡电压V，t。
测量平衡电压必须经过仔细的调节，另一个是油滴匀速下降一段距离l所需要的时间g并将油滴置于分划板上某条横线附近，以便准确判断出这颗油滴是否平衡了。
测量油滴匀速下降一段距离l所需要的时间g t时，为了在按动停表时有思想准备，应让它下降一段距离后再测量时间。
选定测量的一段距离l ，应该在平行极板之间的中央部分，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。
太靠近下电极板，测量完时间g t 后，油滴容易丢失，影响测量。
一般取l =0.200厘米比较合适。
对同一颗油滴应进行6～10次测量，而且每次测量都要重新调整平衡电压。
如果油滴逐渐变得模糊，要微调测量显微镜跟踪油滴，勿使其丢失。
用同样方法分别为4～5颗油滴进行测量，求得电子电荷e 。
4．数据处理（平衡测量法）根据(8)式V d pR b t l g q g 2312π18⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=ηρ 式中 ggt l R ρη29=油的密度 3981-⋅=m kg ρ 重力加速度 280.9-⋅=s m g 空气的粘滞系数 η=1.83×10-5 ㎏ · m -1· s -1 油滴匀速下降的距离取 l = 2.00×10-3m 修正常数 b = 6.17×10-6 m —cm(Hg) 大气压强 p =76.0 cm(Hg) 平行极板距离 d =5.00×10-3m 将以上数据代入公式得()[]Vt t q gg102.011043.12314+⨯=- （11） 显然，由于油的密度ρ，空气的粘滞系数η都是温度的函数，重力加速度g 和大气压强p 又随实验地点和条件的变化而变化，因此，上式的计算是近似的。
一般条件下，这样的计算引起的误差约1％，但它带来的好处是使运算方便得多，对于学生的实验，这是可取的。
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，我们应对实验测得的各个电量q 求最大公约数。
这个最大公约数就是基本电荷e 值，也就是电子的电荷值。
但由于学生实验技术不熟练，测量误差可能要大些，要求出q 的最大公约数有时比较困难，通常我们用“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 =1.60×10-19库仑去除实验测得的电量q 。
得到一个接近于某一个整数的数值，这个整数就是油滴所带的基本电荷的数目n 。