基本电荷量的测量实验报告

基本电荷量的测量实验报告
一、实验目的
本实验旨在通过密立根油滴实验测量基本电荷量，加深对电荷量子
化概念的理解，以及掌握实验数据处理和误差分析的方法。

二、实验原理
密立根油滴实验是利用带电油滴在电场和重力场中的受力平衡来测
量基本电荷量。

当一个质量为 m 的油滴在两块平行极板之间静止时，
它受到重力 mg、电场力 qE 和空气浮力 f 的作用。

重力 mg ＝ρVg ＝ρ(4/3)πr³g （其中ρ 为油滴密度，V 为油滴体积，r 为油滴半径，g 为重力加速度）
空气浮力 f ＝ρ'Vg ＝ρ'（4/3)πr³g （其中ρ'为空气密度）
电场力 qE ＝ qU/d （其中 q 为油滴所带电荷量，U 为两极板间电压，d 为极板间距）
当油滴静止时，重力、电场力和浮力达到平衡，即：
mg ＝ qE ＋ f
整理可得：q ＝（mg f)d ／ U
通过测量油滴在电场中匀速下落的速度 v 和极板间距 d、电压 U 等
参数，可以计算出油滴所受的重力和电场力，从而求出电荷量 q。

由于
油滴所带电荷量是基本电荷量 e 的整数倍，通过对大量油滴电荷量的测量和分析，可以得出基本电荷量 e 的值。

三、实验仪器
密立根油滴实验仪、喷雾器、钟表、显微镜等。

四、实验步骤
1、调整仪器
将仪器水平放置，调节显微镜目镜，使分划板刻度清晰。

调节极板电压旋钮，使两极板间电压为零。

2、喷油
用喷雾器将油喷入油雾室，形成细小的油滴。

3、选择合适的油滴
通过显微镜观察，选择一个大小适中、运动较缓慢的油滴。

4、测量油滴下落时间
先不加电场，让油滴自由下落，测量其通过两条横标线之间的时间t₁。

5、测量油滴在电场中下落时间
加上适当的电场，使油滴匀速下落，测量其通过同样距离的时间t₂。

6、改变极板电压，重复测量
改变极板电压，重复上述步骤，测量多组数据。

五、实验数据记录与处理
以下是一组实验数据的示例：
｜油滴编号｜下落距离（mm）｜无电场下落时间 t₁（s）｜有电场下落时间 t₂（s）｜极板电压 U（V）｜
｜：：｜：：｜：：｜：：｜：：｜
｜ 1 ｜ 200 ｜ 856 ｜ 1825 ｜ 350 ｜
｜ 2 ｜ 200 ｜ 912 ｜ 2018 ｜ 400 ｜
｜ 3 ｜ 200 ｜ 785 ｜ 1685 ｜ 300 ｜
｜ 4 ｜ 200 ｜ 823 ｜ 1756 ｜ 320 ｜
｜ 5 ｜ 200 ｜ 905 ｜ 1985 ｜ 380 ｜
根据实验数据，计算油滴的重力：
g ＝ 98 m/s²，下落距离 h ＝ 200×10⁻³ m
油滴下落的速度 v₁＝ h ／ t₁
油滴在电场中的速度 v₂＝ h ／ t₂
油滴的质量 m ＝（ρ ρ'）（4/3)πr³
重力 mg ＝（ρ ρ'）（4/3)πr³g
电荷量 q ＝（mg f)d ／ U
计算出每个油滴的电荷量 q，然后找出它们的最大公约数，即为基
本电荷量 e 的近似值。

六、误差分析
1、测量误差
油滴下落时间的测量存在一定的误差，可能导致速度计算不准确。

极板间距和电压的测量也可能存在误差。

2、油滴选择误差
选择的油滴大小不合适或运动不稳定，可能影响测量结果。

3、环境因素
实验环境中的温度、湿度等因素可能对油滴的运动和电荷量产生影响。

七、实验结论
通过对多组实验数据的处理和分析，本实验测得的基本电荷量 e 的
近似值为_____，与理论值_____相比，存在一定的误差。

误差主要来
源于测量误差、油滴选择误差和环境因素等。

在今后的实验中，可以
通过提高测量精度、优化实验操作和控制实验环境等方法来减小误差，进一步提高实验结果的准确性。

八、注意事项
1、实验过程中要保持仪器的稳定，避免震动。

2、喷油时要注意喷雾器的使用方法，避免喷油过多或过少。

3、选择油滴时要耐心观察，选择合适的油滴进行测量。

4、测量时间时要准确记录起始和结束时刻，减小时间测量误差。