电子电荷的测定
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密立根油滴法测定电子电荷
——CCD电子显示技术的应用
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。 美国物理学教授密立根于1907年开始，经历七年时间， 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。 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。 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10-6m，质量 约10-15Kg，这就需要严格，认真地进行实验，才能得到比较 好的实验结果。
2. 平均相对误差: E
参考资料
1、实验室提供的仪器说明书。 2、参考CCD应用技术方面的材料。
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， 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 选取150～250V为宜。
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:
.
+ 200V
00.00s
密里根油滴实验数据表格（平衡测量法）
③目视油滴直径在0.5～1mm左右。 ④油滴运动距离取L＝1.5mm比较合适。
3、正式测量
用平衡测量法实验时要测量两个量： （1）一个是平衡电压V； （2）一个是油滴匀速下降一段距离l 所需要的时间 t 。 由于有涨落，对同一颗油滴必须进行6～10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。这样才 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。
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 本电荷的整数倍。
2、用平衡测量法测定电子的电荷量e。
3、培养学生严肃认真的科学态度和一
丝不苟的工作作风。
实验原理：
1、基本原理 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q，两极板间所加的电压为V，则油滴在平行 极板间将同时受到两个力的作用，一个是重力mg，一个是静电 力qE，两力方向如图22--1所示。如果调节两极板间的电压，可 使两力达到平衡，此时
（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
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。
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。
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
3、匀速下降速度 vg的测定
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
V (v)
t (s)
1019 (c)
q
n
பைடு நூலகம்
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 % __________ __ %
d qn ne m g Un
式中， n 1,2, 而e 则是一个不变的值。
对于不同的油滴，可以发现有同样的规律，
而且e值是q1，q2……qn的最大公约数，这就证
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。
d 18 L ne 2 g t (1 b ) V g pa
——CCD电子显示技术的应用
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。 美国物理学教授密立根于1907年开始，经历七年时间， 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。 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。 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10-6m，质量 约10-15Kg，这就需要严格，认真地进行实验，才能得到比较 好的实验结果。
2. 平均相对误差: E
参考资料
1、实验室提供的仪器说明书。 2、参考CCD应用技术方面的材料。
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， 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 选取150～250V为宜。
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:
.
+ 200V
00.00s
密里根油滴实验数据表格（平衡测量法）
③目视油滴直径在0.5～1mm左右。 ④油滴运动距离取L＝1.5mm比较合适。
3、正式测量
用平衡测量法实验时要测量两个量： （1）一个是平衡电压V； （2）一个是油滴匀速下降一段距离l 所需要的时间 t 。 由于有涨落，对同一颗油滴必须进行6～10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。这样才 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。
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 本电荷的整数倍。
2、用平衡测量法测定电子的电荷量e。
3、培养学生严肃认真的科学态度和一
丝不苟的工作作风。
实验原理：
1、基本原理 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q，两极板间所加的电压为V，则油滴在平行 极板间将同时受到两个力的作用，一个是重力mg，一个是静电 力qE，两力方向如图22--1所示。如果调节两极板间的电压，可 使两力达到平衡，此时
（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
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。
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。
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
3、匀速下降速度 vg的测定
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
V (v)
t (s)
1019 (c)
q
n
பைடு நூலகம்
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 % __________ __ %
d qn ne m g Un
式中， n 1,2, 而e 则是一个不变的值。
对于不同的油滴，可以发现有同样的规律，
而且e值是q1，q2……qn的最大公约数，这就证
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。
d 18 L ne 2 g t (1 b ) V g pa