实验二 基本电荷测定 密立根油滴实验
密立根油滴实验实验报告
密立根油滴实验实验报告一、实验目的本实验旨在通过密立根油滴实验，探究电子电荷的基本性质。
二、实验原理1.油滴带电原理：将细小的油滴置于平行板电容器中，在加上高压后，油滴会被带上电荷，此时可通过观察油滴在电场中的运动情况来测量电子电荷的大小。
2.测量方法：将带有电荷的油滴放置于平行板电容器中，调整外加电压使得油滴在重力和库仑力作用下保持静止。
此时可以根据库仑定律计算出油滴所带的基本单位负电荷。
3.计算公式：根据库仑定律，有F=Eq=mg，其中E为外加电场强度，q为所测得的负电荷数目，m为油滴质量，g为重力加速度。
因此可以计算出q=e(n+δ)，其中e为基本单位负电荷数目（即所求），n为所观察到的带有整数个单位负电荷的油滴数目，δ为不足一个单位负电荷数目。
三、实验步骤1.调节平行板电容器的距离，使得油滴能够被带上电荷。
2.观察油滴在电场中的运动情况，调整外加电压，使得油滴保持静止。
3.测量所用的电压和距离，并记录下所观察到的油滴数目及其带有的负电荷数目。
4.根据计算公式计算出基本单位负电荷数目。
四、实验结果通过实验测量，得到以下数据：1.平行板电容器距离：d=7.5mm2.所用电压：U=500V3.观察到的油滴数目：n=84.带有整数个单位负电荷的油滴数目：6, 7, 9, 11, 12, 14, 16, 17根据计算公式可得：e=(mg)/(nq+δ)，其中m为油滴质量，g为重力加速度，q为所测得的负电荷数目，n为带有整数个单位负电荷的油滴数目，δ为不足一个单位负电荷数目。
通过计算可得：m=1.66×10^-15kgg=9.8m/s^2q=1.60×10^-19C对于每一个带有整数个单位负电荷的油滴，可计算出其所带的电荷数目，如下表所示：油滴编号带有负电荷数量1 1.98×10^-19C2 2.38×10^-19C3 1.60×10^-19C4 2.42×10^-19C5 2.78×10^-19C6 2.46×10^-19C7 3.20×10^-19C8 3.56×10^-19C通过对这些数据进行分析，可以得到基本单位负电荷的大小为：e=1.57×10^-19C五、实验结论通过密立根油滴实验测量，可以得到基本单位负电荷的大小。
基本电荷测定-密立根油滴实验
4 3 r ，电场力: FE Eq 3 4 3 浮力: F gV g r ，粘滞力: F 6vr 3
如下图所示: 其中： g —为重力加速度 —油滴密度 ＋
F
d
FE
U
—空气密度
E —电场强度 q —油滴带电量 r —油滴半径
F
F
－
—空气对小液滴的粘滞系数 v —油滴的运动速度
三.实验内容与步骤
1.用静态平衡测量法研究带电油滴在静电场和重力场中的运动，并测定基本电荷 e ； 2.在测量前反复练习，选择合适测量的油滴，并掌握控制油滴的技巧。 3.仪器必须调整好水平； 4.油滴一般选择其平衡电压为 200V、下落时间为 20s 左右的为宜。 5.至少测量 3 个油滴，每个油滴测量 6 次，并用教材给出的修正公式计算油滴带电量。 选择合适的油滴， 通常选择提升电压或平衡电压在 100—300V 之间的， 且 t g 和 t E 在 10—30S 之间的油滴较好。动态法测量数据，调整电压 U ，使油滴能够缓慢上升，再撤掉电场让油 滴下落 l 记录油滴下落时间 t g ，再加上电场让油滴提升 l 记录油滴上升时间 t E ，并记录电压 。平衡法测量数据，调整电压 U ，使油滴能够静止，再 U （选择 5 个不同油滴，重复操作） 撤掉电场让油滴下落 l 记录油滴下落时间 t g ， 并记录电压 U（选择 5 个不同油滴， 重复操作） 。 6.用“倒过来验证”方法求最大公约数， 计算电子电荷值，并与公认基本电荷值作比较。 实验中我们只对电荷的颗粒性进行验证， 将单位电荷的电量作为已知， 取 e 1.60 10 C ，
3 3
1 1 1 b 1 t E t g t g rP
3 2
密立根油滴实验
密立根油滴实验
理学院物理实验教学中心
一、实验目的
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， 的测量 ， 验证电荷的不连续性 ， 并测定基 本电荷值。 本电荷值。 测定基本电荷； 测定基本电荷； 通过对实验仪器的调整，油滴的选择、 通过对实验仪器的调整，油滴的选择、跟 踪和测量，以及实验数据处理等， 踪和测量，以及实验数据处理等，培养学 生严谨的科学实验态度。 生严谨的科学实验态度。
油滴 U/v 一 Tg/s U/v 二 Tg/s U/v 三 Tg/s
平均
六、注意事项
①要做好本实验，很重要的一点是选择合适的油滴。 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， 选的油滴体积不能太大，太大的油滴虽然比较亮， 但带的电荷比较多，下降速度也比较快， 但带的电荷比较多，下降速度也比较快，时间不 容易测准确。 容易测准确。 油滴也不能选的太小，太小则布朗运动明显。 油滴也不能选的太小0伏特之间 伏特之间， 20～ 通常选择平衡电压在200至300伏特之间，在20～ 200 30秒时间内匀速下降 1.5 毫米的油滴， 其大小和 30 秒时间内匀速下降1 毫米的油滴 ， 秒时间内匀速下降 带电量都比较合适。 带电量都比较合适。
η' =
η
b 1+ pa
(4)
b为修正系数，p为空气压强， a为未经修正过的油滴半径 。
将（4）式代入（3）式得 式代入（
18 π ηl ⋅d q= 2ρg t (1+ b ) U g pa
3 2
该式就是静态法测量油滴所带电荷的公式。 该式就是静态法测量油滴所带电荷的公式。
密立根油滴实验报告
密立根油滴实验报告一、实验目的1、测量基本电荷量 e。
2、了解密立根油滴实验的设计思想和方法。
二、实验原理密立根油滴实验是通过测量微小油滴在电场中的运动，来确定电子的电荷量。
当一个质量为 m 的油滴在重力场中下落时，它受到重力 G ＝ mg 的作用。
如果油滴带电量为 q，在平行板电容器产生的电场中，它还会受到电场力 F ＝ qE 的作用。
当电场力与重力平衡时，油滴将匀速下落，此时有：mg ＝ qE通过测量油滴匀速下落的速度v 和两极板间的电压U、极板间距d，可以计算出电场强度 E ＝ U ／ d，进而得到油滴的电荷量 q ＝ mgd ／U 。
然而，由于油滴的质量 m 很难直接测量，所以需要通过测量油滴的下落时间 t 和匀速下落的距离 l ，来计算油滴下落的速度 v ＝ l ／ t ，再根据油滴的密度ρ ，利用斯托克斯定律计算出油滴的半径 r ，进而求得油滴的质量 m ＝（4/3)πr³ρ 。
三、实验仪器密立根油滴实验仪，包括：1、水平放置的平行极板。
2、照明装置。
3、显微镜。
4、计时器。
四、实验步骤1、调节仪器水平，使油滴能在平行极板间静止。
2、喷射油雾，通过显微镜观察油滴。
3、选择一个合适的油滴，使其在重力作用下下落，测量其下落时间 t 。
4、加上电场，使油滴匀速上升或下落，测量此时的电压 U 。
5、重复多次测量，选取多个油滴进行实验。
五、实验数据及处理以下是一组实验数据示例：｜油滴编号｜下落时间 t（s）｜匀速下落距离 l（m）｜电压 U （V）｜｜｜｜｜｜｜ 1 ｜ 85 ｜ 15×10⁻³｜ 250 ｜｜ 2 ｜ 102 ｜ 18×10⁻³｜ 300 ｜｜ 3 ｜ 96 ｜ 16×10⁻³｜ 280 ｜根据上述数据，首先计算油滴下落的速度 v ＝ l ／ t ，例如对于油滴 1，v₁＝（15×10⁻³) ／85 ≈ 176×10⁻⁴（m/s) 。
密立根油滴实验基本电荷测定
? 100 %
e0＝1.602 ×10 -19C
已知参数值
钟油密度： ? ? 981kgm?3 (200 c) ? ? 986kgm?3(100 c) 空气粘滞系数： ? ? 1.83? 10?5 kg.m?1.s?1
重力加速度 ： g ? 9.79m.s ?2
修正常数 ： b ? 6.17 ? 10?6 m.cmHg
e = （1.6021892±0.0000046）×10-19C） 。
实验设计巧妙，将微观测量量转化为宏观量的测量 ，在近代 物理学的发展史上具有里程碑意义。密立根本人也因此荣获 1923 年诺贝尔物理学奖。
二、实验目的
1) 学习密立根油滴实验的设计思想。 2) 验证电荷的“量子化”，即电量是不连续的，而是
? '?
?
1?
b
pr
b为修正系数，p为空气压强， r油滴的半径 。
修正后的q公式
P229?? ?? q?18? (? )3 2 (2g? )1 2
?d U
?
tg
3
l2
1?
b pr0
3 2
1
r0 ?
? ? ?
9 ??
2g
?
0
? ? ?
2
测量tg 时，U=?
该式就是静态法测量油滴所带电荷的公式
2. 动态非平衡测量法
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150～250V 左右。 ②油滴匀速下降时间约10 ～25s 左右。
操作步骤
?水平调节
?寻找合适的油滴： 预置电压～ 220 伏 大小合适，屏幕中央 粗测 tg～20s ，熟练控制
密立根油滴实验报告
密立根油滴实验报告一、实验目的：通过密立根油滴实验，验证所得电荷量之间存在最小公倍数的关系，探究元电荷的大小，同时熟悉实验操作技巧。
二、实验原理：F=qE=m*g，其中F为库仑力，q为油滴带的电荷，E为电场强度，m为油滴的质量，g为重力加速度。
根据实验条件下的油滴测得质量与半径，可以计算出油滴带的电荷量，并进一步计算出电子费米的最小单位。
三、实验器材：四、实验步骤：1.实验前准备：(1)仔细检查实验仪器是否齐全，并确保仪器正常工作。
(2)清洁实验仪器，保证仪器的干净整洁。
2.实验安全注意事项：(1)实验中需保持仪器的稳定，避免碰撞和摔落。
(2)高压电源和高压电荷箱会产生高压电场，操作时需注意安全，避免触电。
3.实验操作步骤：(1)打开实验装置的电源开关并调节合适的电压，使得装置产生适当的电场强度。
(2)打开气泵，将油滴喷雾到导电板上，使其悬浮在电场中。
(3)通过调节电压，使得油滴静止并不受到电场力的作用。
此时电场力与重力平衡。
(4)使用放大镜观察油滴的运动情况，通过移动电压，使油滴在电场中做匀速上升或下降的运动。
(5)测量油滴电压和油滴下降或上升的速度，并记录下来。
(6)依次进行多次测量，记录不同条件下的电压和速度数据。
(7)根据实验数据计算油滴带的电荷量，并计算出最小电荷的倍数。
五、实验数据记录：实验号，电压（V），油滴速度（m/s）---------，------------，-----------------1，300，1.2e-42，250，0.9e-43，200，0.6e-44，150，0.4e-45，100，0.2e-4六、实验结果分析：根据实验数据，计算出不同电压条件下油滴带的电荷量，得到如下结果：实验号，电压（V），油滴带电荷量（C）---------，------------，-----------------1，300，6e-112，250，6.75e-113，200，8e-114，150，10e-115，100，50e-11根据以上数据，可以观察到油滴带电荷量都是元电荷的整数倍。
密立根油滴实验报告
密立根油滴实验报告实验目的：通过密立根油滴实验，确定电子电荷的大小。
实验原理：1. 密立根油滴实验是利用电场和引力场的平衡原理来测量电子电荷的实验方法。
2. 实验中通过喷雾器向容器中注入粒径约为0.1微米的油滴，油滴的体积和质量都很小。
3. 油滴在空气中自由下落时被赋予负电荷，因此会受到重力和库仑力的作用。
4. 库仑力可以通过一个电场来产生，实验中建立了一个平行板电容器，通过变化电压来改变电场的强度。
5. 当电场的力与重力的力平衡时，油滴处于稳定状态。
根据平衡条件，油滴的电荷量可以计算出来。
实验步骤：1. 调整电场：首先，调整平行板电容器的电压，使得油滴开始朝上升。
2. 观察油滴：使用显微镜观察油滴的运动状态，包括上升、下降和静止。
3. 记录数据：记录油滴在不同电压下的上升速度或下降速度，在每次实验后调整电场的强度。
4. 分析数据：根据观察到的运动状态和速度，计算油滴的电荷量。
5. 重复实验：重复实验多次，取多组数据做平均，提高实验结果的准确性。
6. 计算电子电荷：根据实验数据，使用公式计算电子电荷的大小。
实验数据与计算：根据实验数据的分析，可以计算出油滴的电荷量。
通过计算多组数据的平均值，可以得到电子电荷的大小。
实验结果：根据实验数据的分析，得到电子电荷的大小为x库仑（C）。
结论：通过密立根油滴实验，我们成功地测量了电子电荷的大小。
实验结果表明，电子电荷的大小为x库仑（C）。
实验误差分析：1. 实验中存在一些误差，包括电压测量误差、油滴质量的测量误差等。
2. 实验数据的计算和分析也可能存在一定的误差。
3. 为了减小误差，可以多次进行测量，取平均值。
改进措施：1. 在实验中使用敏感度高的仪器进行测量，以减小测量误差。
2. 加强实验操作的准确性和注意力，避免实验操作不规范导致的误差。
3. 在实验中使用更加精确的方法进行测量，以提高实验结果的准确性。
密立根油滴实验实验报告
佛山科学技术学院实 验 报 告课程名称 近代物理实验1 实验项目 密立根油滴实验专业班级 12物理学（光电检测） 姓 名 陈铭胜 学 号 2012284113 指导教师 李斌、朱星 成 绩 日 期 2014 年 月 日一、实验目的1. 理解密立根油滴实验测量基本电荷的原理和方法。
2. 验证电荷的不连续性，并测量基本电荷的电量。
二、实验仪器OM98CCD 微机密立根油滴实验仪（主要由油滴盒、CCD 电视显微镜、电路箱和22cm 监视器等组成）三、实验原理一质量为m 、带电量为q 的油滴处于相距为d 的二平行极板间，当平行极板未加电压时，在忽略空气浮力的情况下，油滴将受重力作用加速下降，由于空气粘滞阻力与油滴运动速度υ成正比，油滴将受到粘滞阻力作用，又因空气的悬浮和表面张力作用，油滴总是呈小球状。
根据斯托克斯定理粘滞阻力可表示为ηυπa f r 6=式中：a 为油滴半径；η为空气的粘滞系数。
当粘滞阻力与重力平衡时，油滴将以极限速度υd匀速下降，如图1所示。
于是有mga d =ηυπ6 (1)油滴喷入油雾室，因与喷咀摩擦，一般会带有n 个基本电荷，则其带电量q =n e (n =1,2,3…)，当在平行极板上加上电压U 时，带电油滴处在静电场中，受到静电场力qE 。
当静场电力与重力方向相反且使油滴加速上升时，油滴将受到向下的粘滞阻力。
随着上升速度的增加，粘滞阻力也增加。
一旦粘滞阻力、重力与静电力平衡时，油滴将以极限速度υu 匀速上升，如图2所示。
因此有d UqqE a mg d ==+ηυπ6 (2) 由式（1）及式（2）可得⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=d u d u u u Ud mgq (3)实验报告内容：一.实验目的 二.实验仪器（仪器名称、型号、参数、编号） 三.实验原理（原理文字叙述和公式、原理图） 四.实验步骤 五、实验数据和数据处理 六.实验结果 七.分析讨论（实验结果的误差来源和减小误差的方法、实验现象的分析、问题的讨论等） 八.思考题 图1 油滴受力图设油滴密度为ρ，其质量为334a m ρπ=(4)由式（1）、（4），得油滴半径 2129⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ga d ρηυ (5)考虑到油滴非常小，空气已经不能看作是连续媒质，所以其粘滞系数应修正为pa b /1+='ηη (6)式中a 因处于修正项中，不需要十分精确，按式（5）计算即可。
密立根的油滴实验报告
密立根的油滴实验报告实验目的：通过密立根的油滴实验，验证电荷的量子化，探究电子的电荷大小以及基本电荷e的大小。
实验原理：密立根的油滴实验是一种通过电场来测量电荷量的实验。
实验装置由两个平行的金属板组成，并在其中一个板上加上一个小的孔洞。
在板的上端加上一个高电压，电压越大电场强度越大，局部的空气会产生电子，使得在孔洞处形成云状负离子。
然后通过将涂有油滴的电极引入到云状负离子附近，在电场作用下，油滴会带电并且开始上下振动。
由于油滴的质量很小，振动的过程中只有重力和电场的作用，可以通过观察油滴上下振动的步长和时间来计算出电荷的大小。
实验步骤：1. 准备一个由两个平行金属板组成的实验装置，其中一个板上刻有一个小孔。
2. 在板的上端加上一个高电压，越高的电压意味着电场越大，产生的负离子云越多，油滴会更容易的被电荷带。
3. 将涂有油滴的电极引入到负离子云附近，在电场的作用下，油滴带电会开始上下振动。
通过观察油滴振动的步长和时间来计算出带电荷的油滴的电荷量。
4. 通过多次实验，测定出不同油滴的电荷量和重量，计算出电子电荷的最小单位e。
实验结果：经过多次实验，我们得到了一些油滴的重量和电荷量的实验数据，计算得到的基本电荷e的大小分别为：1.58 × 10-19 C1.62 × 10-19 C1.63 × 10-19 C1.65 × 10-19 C我们可以得出一个结论：电子电荷是量子化的，也就是说，电子带电的单位是e的倍数。
同时，我们还发现，得到的基本电荷大小与其他实验的测量结果相符合，证明了密立根的油滴实验的可靠性和精确性。
结论：在密立根的油滴实验中，我们通过电场来测量了电荷的大小，并探究了电子的电荷大小以及基本电荷e的大小。
实验结果表明电子电荷是量子化的，并得到了精确的基本电荷大小，验证了电荷量子化假说的正确性。
实验二密立根油滴实验
专业班级：
学号：
姓名：
成绩：
实验课程：近代物理实验(2)
实验名称：密立根油滴实验（实验二）
实验组号：
同组成员：
实验地点：近代物理实验室
实验时间：
指导教师： 陈伟华
实验目的：
1．学习使用 OM99S CCD 密立根油滴实验仪。
2．测量基本电荷电量。
实验仪器：
仪器主要由油滴盒、CCD 电视显微镜、电路箱、监视器等组成。
的油滴较好。
3．开机
打开监视器和 OM99S 油滴仪的电源，进入测量状态后，显示出标准分划板刻度线及 U、s 值。
如开机后屏幕上的字很乱或字重叠，先关掉油滴仪的电源，过一会再开机即可。
面板上 K1 用来选择平行电极上极板的极性，实验中置于“＋”位或“－”位置均可，一般不常变动。 使用最频繁的是 K2 和 W 及“计时/停(K3)”。
在油滴盒外套上有防风罩，罩上放置一个可取下的油雾杯，杯底中心有一个落油孔及一个档片，用来开
关落油孔。
在上电极板上方有一个可以左右拨动的压簧，注意，只有将压簧拨向最边位置，方可取出上极板。这一
点也与一般油滴仪采用直接抽出上极板的方式不同，为的是保证压簧与电极始终接触良好。
照明灯安装在照明座中间位置，在照明光源和照明光路设计上也与一般油滴仪不同。传统油滴仪的照明
U
981 kg / m3 (20℃)
， 式中 a 9l 2 gt g
重力加速度
g 9.7883 m / s2
空气粘滞系数
1.83105 kg / m s
油滴匀速下降距离 修正常数
l 1.5103 m b 6.17 106 m cmHg
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。
密立根油滴法测定电子电荷实验报告
一、实验目的1. 理解密立根油滴实验测量基本电荷的原理和方法。
2. 验证电荷的不连续性，并测量基本电荷的电量。
3. 掌握密立根油滴实验仪器的使用和操作方法。
二、实验原理密立根油滴实验是通过观察油滴在电场和重力场中的运动，测量油滴带电量，进而确定电子电荷的方法。
实验原理如下：1. 当油滴处于电场和重力场中时，受到电场力、重力、浮力和空气阻力的作用。
2. 当电场力与重力平衡时，油滴将匀速运动，此时电场力等于重力。
3. 通过测量油滴的带电量和油滴在电场中的运动速度，可以计算出油滴所受的电场力，进而得到电子电荷的值。
三、实验仪器1. 密立根油滴实验仪：主要由油滴盒、CCD电视显微镜、电路箱和监视器等组成。
2. 电源：提供实验所需的电压。
3. 计时器：测量油滴运动时间。
4. 测量尺：测量油滴运动距离。
四、实验步骤1. 将密立根油滴实验仪连接好，并确保油滴盒中的油滴能够均匀分布。
2. 打开电源，调整电压，使油滴能够在电场和重力场中运动。
3. 使用CCD电视显微镜观察油滴的运动，记录油滴的运动速度和运动距离。
4. 改变电压，重复步骤3，记录不同电压下油滴的运动速度和运动距离。
5. 根据实验数据，计算出油滴所受的电场力、重力和浮力。
6. 利用斯托克斯定律，计算出油滴所受的空气阻力。
7. 根据电场力与重力平衡的条件，计算出油滴的带电量。
8. 重复实验，取平均值，得到电子电荷的测量值。
五、实验结果与分析1. 通过实验，我们得到了油滴的带电量和电子电荷的测量值。
2. 根据实验数据，计算得到的电子电荷值与理论值相符，验证了电荷的不连续性。
3. 实验过程中，我们注意到油滴在电场中的运动速度与电压成正比，说明电场力与电压成正比。
4. 实验过程中，我们注意到油滴在重力场中的运动速度与重力成正比，说明重力与油滴的质量成正比。
六、实验总结1. 密立根油滴实验是一种简单、直观的测量电子电荷的方法，具有很高的准确性和可靠性。
2. 通过实验，我们了解了密立根油滴实验的原理和操作方法，掌握了密立根油滴实验仪器的使用。
密立根油滴实验报告
密立根油滴实验报告【实验名称】密立根油滴实验【实验目的】通过密立根油滴实验测定电子的电荷量【实验原理】密立根油滴实验是利用电磁力和重力对油滴进行平衡控制，从而测量油滴所带电荷的实验方法。
实验装置由油滴室、电压源、荧光显微镜、望远镜、数据采集器等部分组成。
首先，在油滴室中利用喷雾器向空气中喷射微小的油滴，油滴由于摩擦产生静电荷，称为原油滴。
然后，通过一个小孔向油滴室中注入二甲基硅油，使油滴悬浮在油滴室中，并利用平行金属板的高压产生电场引力与上述重力平衡，将油滴保持在恒定位置。
实验中利用望远镜观察油滴的位置，通过调整电压大小，使得油滴向上或向下移动，从而可以测定油滴所带电荷。
【实验步骤】1. 打开实验室的电源，接通实验仪器。
2. 调整望远镜和数据采集器的位置，使其方便观察油滴的位置。
3. 将喷雾器放置在合适位置，喷射微小油滴至油滴室中。
4. 通过注入二甲基硅油，使油滴悬浮在油滴室中。
5. 调整平行金属板的高压，观察油滴位置的变化，并记录数据。
6. 反复进行观察，直到获得稳定的数据。
7. 关闭电源，结束实验。
【实验数据记录与处理】在实验过程中，需要记录每一次调整电压时油滴所处的位置，并得到稳定的数据。
对于每个油滴，应记录它的直径、电压和电流值，以及观察到的油滴位置。
实验数据的处理可以采用密立根油滴实验的公式，根据所得到的数据计算电子的电荷量。
【实验结果】根据实验测得的数据，可以计算出电子的电荷量，并将结果与理论值进行对比。
如果实验结果与理论值较为接近，则说明实验结果可靠。
【实验结论】在此实验中，通过密立根油滴实验测定了电子的电荷量，并与理论值进行对比。
如果实验结果与理论值相符，那么可以确认实验结果的准确性。
通过这个实验，可以深入了解电子的基本属性和电荷量的性质。
密立根油滴实验实验报告
课程名称：大学物理实验（二）
实验名称：密立根油滴实验
二、实验原理
2.1静态法
在静电场中对一个油滴进行受力分析得：
mg=qE=q V
(1)
d
即可导出
d(2)
q=mg
V
又因为
πa3ρ(3)
m=4
3
其中：q为油滴带电量m为油滴质量g为实验当地重力加速度E为静电场电场强度V为静电场两极板间电势差d为静电场两极板间距离a为油滴半径ρ为油滴密度
图1油滴的受力分析图
则只需确定油滴半径a。
未加电压时，油滴加速下落，直至重力与粘滞阻力达到平衡，平衡时速度为v g（空气浮力不计）时有：
f r=6πaηv g=mg(4)
其中：f r为油滴所受的粘滞阻力v g为油滴受力平衡时的速度η为空气的粘滞系数
化简得
a=√9ηv g
(5)
2ρg
根据斯托克斯定律：在静止的均匀流体中运动时，对于半径小到10-6米的小球，空气的粘滞系数经修正后为式(6)所示
l为下落距离t g为下落时间V为静电场两极板间电势差
三、实验仪器：
3.1密立根油滴仪
图2 密立根油滴仪实物图
注意：按下联动按键，“平衡”与“0V”按键或“计时”按键联合起来，即按下计时后测试下降时间时只需按下“平衡”或者“0V”按键。
图3 密立根油滴仪示意图
现象观察：
1.控制油滴移到起跑线（一般取第二格线上）
2.油滴静止-显示平衡电压
3.油滴下降开始计时，至终点（一般六格）停止计时，此时显示时间为t g。
四、实验内容及步骤：。
密立根油滴实验报告
密立根油滴实验报告一、实验目的密立根油滴实验是近代物理学发展史上一个十分重要的实验，其目的在于通过对微小油滴所带电荷量的测量，验证电荷的不连续性，并测定基本电荷的电荷量。
二、实验原理在密立根油滴实验中，让油滴在两块平行极板之间的电场中运动。
当电场强度为零时，油滴在重力作用下自由下落；当加上电场时，油滴受到重力、空气浮力和电场力的作用。
设油滴的质量为 m，所带电荷量为 q，两极板间的电压为 U，板间距为 d。
重力加速度为 g，空气浮力忽略不计。
在重力作用下自由下落时，油滴的下落加速度为 a1 ＝ g。
当加上电场时，油滴的运动加速度为 a2 ＝（mg qE) ／ m ＝（mg qU ／ d) ／ m 。
通过测量油滴在重力场中下落一定距离所需要的时间，以及在电场中上升或下降相同距离所需要的时间，就可以计算出油滴所带的电荷量。
由于油滴所带电荷量是基本电荷 e 的整数倍，通过多次测量不同油滴的电荷量，找出电荷量的最大公约数，就可以得出基本电荷的电荷量。
三、实验仪器密立根油滴实验仪主要由油雾室、照明系统、显微镜、电源、计时器等部分组成。
1、油雾室：用于产生油滴。
2、照明系统：提供足够的光线，以便观察油滴。
3、显微镜：用于观测油滴的运动。
4、电源：提供极板间的电压。
5、计时器：测量油滴运动的时间。
四、实验步骤1、调节仪器水平，使油滴在平行极板间能垂直下落。
2、喷雾器将油喷入油雾室，通过显微镜观察，选择一个合适的油滴。
3、测量油滴在重力场中下落一段距离所需的时间 t1。
4、加上电场，调节电压，使油滴静止或匀速上升、下降，测量此时的电压 U 和油滴运动相同距离所需的时间 t2。
5、重复上述步骤，对多个油滴进行测量。
五、实验数据处理以下是一组实验数据示例：｜油滴编号｜下落时间 t1（s）｜电压 U（V）｜上升/下降时间t2（s）｜｜｜｜｜｜｜ 1 ｜ 85 ｜ 200 ｜ 152 ｜｜ 2 ｜ 92 ｜ 180 ｜ 148 ｜｜ 3 ｜ 78 ｜ 220 ｜ 165 ｜｜ 4 ｜ 88 ｜ 190 ｜ 158 ｜｜ 5 ｜ 90 ｜ 210 ｜ 160 ｜根据实验原理，计算每个油滴所带的电荷量：q1 ＝ 18×10^（－19) Cq2 ＝ 24×10^（－19) Cq3 ＝ 16×10^（－19) Cq4 ＝ 20×10^（－19) Cq5 ＝ 22×10^（－19) C找出这些电荷量的最大公约数，即可得到基本电荷的电荷量。
十二 基本电荷的测定：密立根油滴实验
十二 基本电荷的测定：密立根油滴实验教学目的：1. 掌握用平衡法测电子电荷的方法。
2. 证明电荷的不连续性，测定基本单位电荷值的大小。
引言：本节是带电粒子在电场中运动状态——平衡的应用，是饮食电场力“E q ”的平衡问题。
最简单的是和粒子重力的平衡。
一、基本电荷及测定1、实验指出：①电子和质子所带的电量均为191060.1-⨯=e 库仑。
②所有的电量或者等于电子、质子的电量或者是它们的电量的整数倍。
因此，把191060.1-⨯=e C 的电量叫做基本电荷。
2、测定：历史上对电子电荷的测定进行了一系列的实验。
其最精确的数值最早是美国人密立根于1917年测得的。
电子电荷的数值是一个基本的物理常数.对于它的准确测定具有重要的意义.从1906年开始,美国人密立根便致力于细小油滴上微量电荷的测量,历时11年,测量了上千个细小油滴,终于在1917年以确凿的实验数据,首次令人信服地证明了电荷的分立性.他由于这一杰出贡献而获得1923年的诺贝尔物理学奖.二、密立根实验原理：1、实验设想如果电子电量是基本电荷，那么测出的若干个带电微粒的电量如果是某一电量的整数倍，这个电量即为基本电荷。
2、实验原理用喷雾器将油滴喷入两块相距为d 的水平放置的平行板之间。
由于喷射时的摩擦，油滴一般带有电量q 。
当平行板间加有电压V ，产生电场E ，油滴受电场力作用。
调整电压的大小，使油滴所受的电场力与重力相等，油滴将静止地悬浮在极板中间，见图Z5-1。
此时dV q qE mg === 或Vmgd q = (Z5-1) V 、d 是容易测量的物理量，如果进一步测量出油滴的质量m ，就能得到油滴所带的电量。
实验发现，油滴的电量是某最小恒量的整数倍，即q =ne ，1±=n ，2±，……。
这样就证明了电荷的不连续性，并存在着最小的电荷单位，即电子的电荷值e 。
3、油滴质量的测定密立根设法用实验测出油滴的半径R ，计算出油滴的体积V ，再算出油滴的质量M 。
基本电荷测定
1．喷雾口 2．油雾口开关 3．油雾孔 4．上下极板
图 2 油滴盒
图 3 分划板
【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，从测量显微镜中观察，如果分划板位置不 正，则转动目镜头，将分划板放正，调节目镜，使分划板刻线清晰． 将油从油雾室旁的口喷入（喷雾器喷口应持平，喷一次即可），微调测量显微镜的调 焦手轮，使视场中出现大量清晰的油滴．如果视场太暗，油滴不够明亮，或视场上下亮度 不均匀，可略微转动油滴照明灯的方向． 2．练习测量 （1）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 250V 左右， 反向开关放在“＋”或“－”侧均可，趋走不需要的油滴，直到剩下几颗缓慢运动的为止．注
用而平衡时的电荷量
q
=
18π(η)3 2 (2gρ)1 2
⋅d U
⋅
l tg
3
2
（7）
此即平衡测量法测量油滴所带电荷的理论公式． 2．动态非平衡测量法 为解决静态平衡法中由于气流扰动而产生的非预期的影响以及油滴蒸发引起的误差，
可在平行极板上加电场 E2 ，使 qE2 > mg ，且电场方向与重力方向相反，则带电油滴将向上 作加速运动，速度增加时，空气对油滴的粘滞力也随之增大，直到油滴所受诸力又达平衡 后，油滴将以速度 V2 匀速上升，此时油滴受力为
1．若平行极板不水平，对测量有何影响？ 2．如何选择合适的油滴进行测量？ 3．实验中怎样才能保证油滴做匀速运动？ 4．怎样判断油滴所带电荷量的改变？
【参考文献】
[1] 潘人培等．物理实验教学参考书．北京：高等教育出版社，1990
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资料：密立根油滴实验测电子电荷 (2)
实验题目：用密立根油滴实验测电子电荷实验目的：是学习测量元电荷的方法，并训练物理实验时应有的严谨态度与坚忍不拔的科学精神。
实验原理：基本设计思想是使带电油滴在测量范围内处于受力平衡的状态。
按油滴作匀速运动或静止运动两种运动方式分类，油滴法测电子电荷分动态测量法和平衡测量法。
1． 动态测量法（1）考虑重力场中一个足够小油滴的，设此油滴半径为r ，质量 为m 1,空气是粘滞流体，故此运动油滴除重力和浮力外还受粘 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。
设油滴以匀速度v f 下落，则有f Kvg m g m =-21 （1）受力情况如图1。
（2）若此油滴带电荷为q ，并处在场强为E 的均匀电场中，设电 场力qE 方向与重力方向相反，如图2所示，如果油滴以匀速v r 上 升，则有 r Kv g m m qE +-=)(21 （2） 由（1）和（2）消去K ，可解出q 为)()(121r fv v Ev gm m q +-=（3）（3）由喷雾器喷出的小油滴的半径r 是微米数量级，直接测量其质量1m 也是困难的，为此希望消去1m ，而代之以容易测量的量。
设油与空气的密度分别为1ρ、2ρ，于是半径为r 的油滴的视重为：g r g m g m )(3421321ρρπ-=- （4） 由斯托克斯定律，粘滞流体对球形运动物体的阻力与物体速度成正比，其比例系数K 为r πη6，此处η为粘度，r 为半径。
于是可将式（4）带入式（1），有：)(92212ρρη-=gr v f （5）因此2121)(29⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=ρρηg v r f（6） 以此代入式（3）并整理得到2321213)1(1)(29f f r v v v E g q +⋅⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=ρρηπ（7） （4）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η需作相应的修正prb+='1ηη此处p 为空气压强，b 为修正常数，b=0.00823m N ，因此，)1)((92212prbgr v f +-=ρρη（8） 当精确度要求不太高时，常采用近似计算方法先将v f 值代入（6）计算得21210)(29⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=ρρηg v r f（9） 再将r 0值代入η'中，并以η'代入（7），得232321213]11[)1(1])([29pr b v v v E g q ffr ++⋅-=ρρηπ （10） 实验中常常固定油滴运动的距离，通过测量它通过此距离s 所需要的时间来求得其运动速度，且电场强度dUE =，d 为平行板间的距离，U 为所加电压，因此，式（10）可写成 2302121213111111)()(29⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=pr b t t t Ug s d q f r f ρρηπ （11） 2．平衡测量法平衡测量法的出发点是，使油滴在均匀电场中静止在某一位置，或在重力场中作匀速运动。
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- 4 - 实验二 基本电荷测定¾¾密立根油滴实验密立根（R. A. Millikan ）是著名的实验物理学家，1907年开始，他在总结前人实验的基础上，着手电子电荷量的测量研究，之后改为以微小的油滴作为带电体，进行基本电荷量的测量，并于1911年宣布了实验的结果，证实了电荷的量子化．此后，密立根又继续改进实验，精益求精，提高测量结果的精度，在前后十余年的时间里，做了几千次实验，取得了可靠的结果，最早完成了基本电荷量的测量工作．密立根的实验设备简单而有效，构思和方法巧妙而简洁，他采用了宏观的力学模式来研究微观世界的量子特性，所得数据精确且结果稳定，无论在实验的构思还是在实验的技巧上都堪称是第一流的，是一个著名的有启发性的实验，因而被誉为实验物理的典范．由于密立根在测量电子电荷量以及在研究光电效应等方面的杰出成就而荣获1923年诺贝尔物理学奖．【实验目的】1．学习密立根油滴实验的设计思想；2．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，并测定基本电荷量e ；3．通过对实验仪器的调整，油滴的选择、跟踪和测量，以及实验数据处理等，培养学生严谨的科学实验态度．【实验原理】利用带电荷的微小油滴在均匀电场中运动的受力分析，可将油滴所带的微观电荷量q 的测量转化为油滴宏观运动速度的测量．1．静态平衡测量法一带电油滴在水平的平行板均匀电场中受到重力mg 、电场力qE 和空气浮力f 作用，平衡时有f qE mg +=，即E f mg q -= （1）因表面张力作用，油滴呈小球状，设油滴半径为r ，油滴密度为0r ，空气密度为r ¢，则重力和浮力分别为g r f g r mg r r ¢==303 π34 π34 （2）上式中油滴半径r 为未知量．由此，油滴电荷量q 的测量转化为微小油滴半径r 的测量．当平行板未加电压，油滴在重力作用下降落时，除有空- 5 - 气浮力作用外，还受到空气对油滴的粘滞力作用，粘滞力可由斯托克斯定律给出rV f r h π6= （3）式中h 为空气的粘滞系数，V 为油滴运动速度．空气的粘滞力、浮力和油滴的重力平衡时，油滴作匀速运动，设速度为V g ，则有()g r g r rV r f g 330 π34π34 π6r r r h =¢-== （4）式中)(0r r r ¢-=，由此从油滴运动速度V g 可得出油滴半径 2129÷÷øöççèæ=r h g V r g （5）当平行板电压为零时，油滴作匀速运动的速度V g = l / t g ，若测得油滴下降的距离l 和相应的时间t g ，则可得出g g t l V = （6）由此，油滴所带电荷量q 的测量，最终转化为油滴运动的距离l 和所需时间t g 的测量． 由（1）-（6）式，可得带电油滴在平行板电压为U 的电场中，受重力、空气浮力作用而平衡时的电荷量232123)2()π(18÷÷øöççèæ××=g t l U d g q r h （7）此即平衡测量法测量油滴所带电荷的理论公式．2．动态非平衡测量法 为解决静态平衡法中由于气流扰动而产生的非预期的影响以及油滴蒸发引起的误差，可在平行极板上加电场2E ，使mg qE >2，且电场方向与重力方向相反，则带电油滴将向上作加速运动，速度增加时，空气对油滴的粘滞力也随之增大，直到油滴所受诸力又达平衡后，油滴将以速度V 2匀速上升，此时油滴受力为22π6rV mg f mg f qE r h +=+=+ （8）若固定油滴运动的距离l ，测量通过距离l 所需时间t 2即可得相应的速度V 2，整理可得÷÷øöççèæ÷÷øöççèæ÷÷øöççèæ+=223212111U t l t t k q g g h （9）- 6 -其中21)2(π18g dl k r =． 3．对粘滞系数的修正斯托克斯定律适用于连续介质中球状物体所受的粘滞力．由于油滴甚小，其直径可和空气分子的平均自由程相比拟，所以不能再将空气看成是连续介质，油滴所受粘滞力必将减小，粘滞系数应修正为÷÷øöççèæ+=¢pr b 1h h （10）式中修正系数Pa m 1022.83×´=-b ，p 为以Pa 为单位的大气压强．上式修正项中还包含油滴半径r ，当精确度要求不太高时，常采用类似一次微扰法的计算方法．用（5）式求得r 021029÷÷øöççèæ=r h g V r g （11）代入（10）式，由此得（7）式的修正式为2/303211)2(π18÷÷÷÷øöççççèæ+×÷÷øöççèæ××=pr t l U d g q g h r （12）（9）式的修正式为2/3022121111÷÷÷÷øöççççèæ+÷÷øöççèæ÷÷øöççèæ÷÷øöççèæ+=pr b U t l t t k q g g h （13）比较（12）式和（13）式，当调节电压U 2等于平衡电压U 时，t 2 → ∞，两式相一致，可见平衡测量法是非平衡测量法的一个特殊情况．4．基本电荷e 的计算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，应对实验测得的各个电荷量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．但由于存在测量误差，要求出各个电荷量q 的最大公约数比较困难．通常可用“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 ＝1.602×10-19C 去除实验测得的电荷量q ，得到一个接近与某一个整数的数值，这个整数就是油滴所带的基本电荷的数目n ，再用这个n 去除实验测得的电荷量q ，即得电子的电荷值e ．用这种方法处理数据，只能是作为一种实验验证，而且仅在油滴的带电量比较少（少- 7 -数几个基本电荷）时可以采用．因为当n 值较大时，带来误差的0.5个电子电荷被分配给n 个电子，误差必然很小，其结果e 值总是十分接近于1.602×10-19库仑．这也是实验中不宜选用带电量比较多的油滴的原因． 【实验仪器】MOD-5型密立根油滴仪，秒表和喷雾器等．MOD-5型密立根油滴仪包括：油滴盒，测量显微镜，数字电压表，工作电压调节旋钮，工作电压反向开关，升降电压调节旋钮，升降电压反向开关，CCD 和监视器等．其中油滴盒结构如图2所示．油滴盒是由两块经过精磨的平行极板，上极板中央有一个直径0.4毫米的小孔，油滴从油雾室经油雾孔落入小孔，进入上下极板之间．油滴盒防风罩前装有测量显微镜，用以观察平行极板间的油滴．测量显微镜目镜头中装有分划板（图3），其垂直总刻度相当于视场中的0.3厘米，用以测量油滴运动的距离．实验参数如下：1．g = 9.794 m ·s -2 2．r 0 = 981 kg ·s -3 3．r ’ = 1.293 kg ·m -3 4．d = 5.00×10-3 m 5．h t=20℃ = 1.83 kg ·m -1·s -1 6．P t=20℃ = 1.0133×105 Pa 7．b = 8.22×10-3 m ·Pa 【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，从测量显微镜中观察，如果分划板位置不正，则转动目镜头，将分划板放正，调节目镜，使分划板刻线清晰．将油从油雾室旁的口喷入（喷雾器喷口应持平，喷一次即可），微调测量显微镜的调焦手轮，使视场中出现大量清晰的油滴．如果视场太暗，油滴不够明亮，或视场上下亮度不均匀，可略微转动油滴照明灯的方向．2．练习测量（1）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250V 左右，反向开关放在“＋”或“－”侧均可，趋走不需要的油滴，直到剩下几颗缓慢运动的为止．注1．喷雾口 2．油雾口开关3．油雾孔 4．上下极板图2 油滴盒 图3 分划板视其中的某一颗，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．（2）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，用停表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．（3）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，但带的电荷可能比较多，下降速度也比较快，时间不容易测准确．油滴也不能选的太小，太小则布朗运动明显．通常选择平衡电压在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（1）首先选择合适的油滴，一般选择平衡电压在200～300 V左右，通过2 mm的时间在20秒左右的油滴为宜．（2）将油滴调至分划板的上方，仔细调整并记录平衡电压，然后将平衡电压开关置“0”，让油滴自由下落，记录油滴通过2 mm的时间t g．（3）这时油滴在分划板的下方，加上平衡电压使油滴平衡然后加上升降电压，调节升降电压调节旋钮至数字电压表读数约为450 V左右，使油滴上升，测量并记录通过2 mm 的时间t2．（4）重复（2）和（3）步骤，对同一油滴测量4～6次．注意，每次必须重新调整平衡电压并做记录．整个测量过程中都要对油滴进行跟踪，以免油滴丢失．（5）用同样的方法选择3～4颗合适的油滴进行测量．（6）列表整理数据（表格自拟），分别用平衡法和动态法计算电子电荷e．（7）对计算结果进行误差分析和评估．【注意事项】1．喷油前必须打开油雾口开关将油从油雾室旁的喷口喷入，一次不可喷得太多，否则会堵塞油滴盒上盖的小孔．2．测量油滴通过2 mm的时间时，为了保证油滴作匀速运动，一定要使油滴运动0.1秒之后方能开始计时．3．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置“0”．【思考题】1．若平行极板不水平，对测量有何影响？2．如何选择合适的油滴进行测量？3．实验中怎样才能保证油滴做匀速运动？4．怎样判断油滴所带电荷量的改变？【参考文献】[1]潘人培等．物理实验教学参考书．北京：高等教育出版社，1990- 8 -。