电子电荷的测定

左右。 ③目视油滴直径在0.5～1mm左右。 目视油滴直径在 ～ 左右 油滴运动距离取L＝ 比较合适。 ④油滴运动距离取 ＝1.5mm比较合适。 比较合适
3、正式测量 、
用平衡测量法实验时要测量两个量： 用平衡测量法实验时要测量两个量： （1）一个是平衡电压V； ）一个是平衡电压 ； （2）一个是油滴匀速下降一段距离 所需要的时间 t 。 ）一个是油滴匀速下降一段距离l 由于有涨落，对同一颗油滴必须进行6～ 次测量 次测量。 由于有涨落，对同一颗油滴必须进行 ～10次测量。同 时还应该对不同的油滴（不少于5个 进行反复测量。 时还应该对不同的油滴（不少于 个）进行反复测量。这样才 能验证不同油滴所携带的电荷是否是基本电荷， 能验证不同油滴所携带的电荷是否是基本电荷，即电子电荷 的整数倍。 的整数倍。
大学物理实验教案
电子电荷的测定
密立根油滴法测定电子电荷
——CCD电子显示技术的应用 Biblioteka BaiduCD电子显示技术的应用 CCD
由于电在科学技术上的广泛应用及物质的电结构理论的 发展，促使人们对电的本质作更深入的研究。 发展，促使人们对电的本质作更深入的研究。 美国物理学教授密立根于1907年开始，经历七年时间， 年开始， 美国物理学教授密立根于 年开始 经历七年时间， 用油滴法直接证实了“ 的不连续性， 用油滴法直接证实了“电”的不连续性，并用实验方法直接 测量了电子的电荷值，并令人信服的揭示了电子的量力本性。 测量了电子的电荷值，并令人信服的揭示了电子的量力本性。 这就是著名的密立根油滴实验， 这就是著名的密立根油滴实验，它是近代物理学发展中具有 重要意义的实验。密立根等获1923年诺贝尔物理学奖。 年诺贝尔物理学奖。 重要意义的实验。密立根等获 年诺贝尔物理学奖 本实验采用一种比较简单的方法来测量电子的电荷量。 本实验采用一种比较简单的方法来测量电子的电荷量。 由于实验时喷出的油滴非常微小，它的半径约10 ， 由于实验时喷出的油滴非常微小，它的半径约 -6m，质量 约10-15Kg，这就需要严格，认真地进行实验，才能得到比较 ，这就需要严格，认真地进行实验， 好的实验结果。 好的实验结果。
注意事项： 注意事项：
1、对选定油滴进行跟踪测量时，如油滴的像变的模糊， 、对选定油滴进行跟踪测量时，如油滴的像变的模糊， 应随时将显微镜微调。 应随时将显微镜微调。 2、考虑到平衡电压太小时，结果不易精确，平衡电压应 、考虑到平衡电压太小时，结果不易精确， 选取150～250V为宜。 为宜。 选取 ～ 为宜
fr
d
.
qE V mg
.
Vg mg
图22--1 实验原理图
油滴受力图
V m = qE = q g d
固有
q=m g
d V
（1） ）
可见测出了V 可见测出了 、d、m，即可知道油滴的带电量 。由于 ，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。 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 、油滴质量
4 3 m= πa ρ 3
3、匀速下降速度 vg的测定 、
（2） ）
L vg = t
（3） ）
4、理论计算公式 、
d 18π ηL q= 2ρg t (1+ b ) V g pa
3 2
实验发现，对于同一颗油滴， 实验发现，对于同一颗油滴，如果我们改变它所带 的电量， 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U 这就表示与它相对应的电量是不连续的， 的值 n，这就表示与它相对应的电量是不连续的，即
d qn = ne = mg Un
式中， 则是一个不变的值。 式中， = ±1±2,⋯ 而e 则是一个不变的值。 n , ⋯
对于不同的油滴，可以发现有同样的规律， 对于不同的油滴，可以发现有同样的规律， 而且e值是 的最大公约数， 而且 值是q1，q2……qn的最大公约数，这就证 值是 明了电荷的不连续性， 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。 即电子的电荷值 。
实验原理： 实验原理：
1、基本原理 、 用喷雾器将油喷入两块相距为d 用喷雾器将油喷入两块相距为 的水平放置的平行极板 之间，油在喷射时由于摩擦，一般都是带电的。 之间，油在喷射时由于摩擦，一般都是带电的。设油滴的质量 为m，所带电量为 ，两极板间所加的电压为 ，则油滴在平行 ，所带电量为q，两极板间所加的电压为V， 极板间将同时受到两个力的作用，一个是重力mg 极板间将同时受到两个力的作用，一个是重力 ，一个是静电 所示。 力qE，两力方向如图 ，两力方向如图22--1所示。如果调节两极板间的电压，可 所示 如果调节两极板间的电压， 使两力达到平衡， 使两力达到平衡，此时
实验目的： 实验目的： 1、通过密立根油滴实验来验证电荷的 、 “量子化”，即电量是不连续的，而是基 量子化” 即电量是不连续的， 本电荷的整数倍。 本电荷的整数倍。 2、用平衡测量法测定电子的电荷量e。 、用平衡测量法测定电子的电荷量 。 3、培养学生严肃认真的科学态度和一 、 丝不苟的工作作风。 丝不苟的工作作风。
V (v)
t (s)
×10−19 (c)
q
n
e ×10 (c)
−19
e
1
2
3
4 | 6
计算： 计算：
1. 总平均值 总平均值:
e = ____(c)
e测 − e公 e公 *100% =__________ % __
2. 平均相对误差 E = 平均相对误差:
参考资料
1、实验室提供的仪器说明书。 、实验室提供的仪器说明书。 2、参考 应用技术方面的材料。 、参考CCD应用技术方面的材料。 应用技术方面的材料
仪器介绍： 仪器介绍：
密立根油滴实验仪
电源开关
显微镜
上、下
电极
CCD
落油孔
K1
K2
K3
平衡电压
分化板: 分化板
.
+ 200V
00.00s
密里根油滴实验数据表格（平衡测量法） 密里根油滴实验数据表格（平衡测量法）
No
Trial
1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6
18π ηL d ne = 2ρg t (1+ b ) V g pa
3 2
（4） ）
上式就是用静态平衡法测定油滴所带电荷的理论公式。 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： 实验内容与步骤：
测定油滴所带电荷量，验证电荷的“量子化” 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。 ）油滴盒水平调节。 （2）显微筒前端和底座前端对齐。 ）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。 ）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。 ）练习控制油滴。 （2）练习测量油滴运动的时间，即测量速度。 ）练习测量油滴运动的时间，即测量速度。 （3）练习选择油滴。 ）练习选择油滴。 平衡电压约200～300V左右。 左右。 ①平衡电压约 ～ 左右 油滴匀速下降时间约10～ 左右 左右。 ②油滴匀速下降时间约 ～25s左右。