密立根油滴实验大学物理实验
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密立根油滴实验
1907-1913年密立根用在电场和重力场 中运动的带电油滴进行实验，发现所有油 滴所带的电量均是某一最小电荷的整数倍， 该最小电荷值就是电子电荷。
密立根油滴实验获得两项重大的成果：
一是证明了任何带电物体所带的电荷都 是基本电荷e的整数倍，并精确测出了基本 电荷的数值；
二是明确了电荷的不连续性，即电荷具 有量子性。
电场不存在受力图
两平行极板间不加电压时即电场不存在时
fr mg
fr 6avg mg
fr 6avg mg
m v 4 a3
3
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实验原理
考虑到油滴半径小到10-6米时，其半径 与空气中分子的平均自由程可以比拟，空 气不能被认为是连续介质，空气的黏滞系 数应做如下修正
'
1 a pb
油雾室
2. 实验仪器 密立根油滴仪
平衡水泡
ccd
CCD物镜
极板电压 转换开关
提升、平 衡、下降 转换开关
平衡电压 调节
计时键 联动键
正负极板 喷雾器
物镜平动 旋钮
显示器
垂直显示调节 水平显示调节
电压显示 计时显示
亮度调节 开关
对比度调节
实验原理
通过带电油滴在电场和重力场中受力和 运动情况，测定基本电荷的电量。
(1) 调整仪器底部的调平螺丝，使水准仪的 气泡移到中央，这时平行极板处于水平位 置，电场方向和重力平行。 (2 ) 将监视器亮度调低，对比度调到最高。 (3) 将油从油雾室旁的喷雾口喷入（1-2次即 可），立刻微调显微镜的调焦手轮，使视 场中出现大量清晰的油滴。
选择合适的油滴
(1) 将油滴仪的换向开关K1放在“+”或“-”上，功 能键K2置于“平衡”档，观察几颗缓慢运动的油 滴，并注视其中的某一颗，微调显微镜，使该油 滴很清楚，在80~300V之间仔细调节平衡电压使 这颗油滴静止不动。 (2) 分别将K2开关置于“提升”或“0V”，观察到 该油滴能够上、下自如运动，然后将其移动在屏 幕上某刻度线上，将K2置于“平衡”档， 使之保 持平衡。
选择合适的油滴
(3) 将K2置于“0V”档，油滴下移，同时计时 器自动计时，当油滴向下运动两个刻度并 恰好在刻度线上时，将K2置于“平衡”， 计时停止，此时屏幕右上方即显示该油滴 运动两个刻度距离的时间。该时间再乘以4 则是油滴匀速下降2mm的估算时间，选择 这段时间在8~30s的油滴.
正式测量
实验原理
设质量为m带电量为q的油滴在两平行 极板间运动，两极板间电压为U，极板间距 为d。则油滴在极板间将同时受到重力和电 场力的作用，如图所示。如果调节两极板 间的电压U，可使电场力和重力达到平衡， 即
电场存在受力图
mg qe q V d
实验原理
要测定油滴所带的 电量q，除了要测出V 和d外，还要测出油滴 的质量m，下面推导测 量m的公式。
• b为修正常数，b = 8.22×10-3m·Pa，p为 大气压强（单位是Pa），a为未修正过的油 滴半径。则修正后油滴半径用为
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1 b
pa
• 对于匀速运动的油滴，其下降的距离、所 需时间和速度之间的关系为
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实验原理
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)
d V
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实验目的
• (1) 学习密立根油滴实验的设计思想。并测量基本 电荷的电量，加深对电荷“量子性”的理解。验 证电荷的不连续性。
• (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，并测定基本电荷值。
• (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。
(1) 将油滴悬于分化板上某条横线附近(最好选择在 平行极板之间的中间部分)，以便准确判断出这颗 油滴是否达到平衡。观察时间约十几秒，如果油 滴在此时间内在平衡位置附近漂移不大，则可认 为油滴在平衡状态，此时的电压为平衡电压Vn。
(2) 将油滴用K2控制移动到“起跑线上”，按K3使 计时器停止计时，然后将K2置于“0V”，油滴开 始匀速下降的同时，计时器开始计时，到“终点” 时，迅速将K2置于“平衡”，油滴静止，计时结 束。此时的时间为油滴匀速下降2mm所需的时间。
实验注意事项
(4) 喷油时功能键K2应置于“平衡”处，调 节两电极板间电压在150-200V之间。 (5) 喷雾时喷雾器应竖拿,食指赌住气孔,对准 油雾室的喷雾口,轻轻喷入少许（喷1-2下） 即可；喷油太多，易堵塞上电极板中的落 油孔。 (6) 喷油后，喷雾器应竖立放置。
mg qe q V d
实验原理
当两平行极板间不加电压时（即电场不 存在时），油滴所受的电场力随之消失，在 重力作用下加速下降，同时也受空气阻力(黏 滞阻力)作用，根据斯托克斯定律，黏滞阻力 为
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实验原理
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a为油滴的半径,η为空气的黏滞系数，ν为 油滴运动的速度。油滴下降一段距离达到某 一速度（收尾速度）后，黏滞阻力和重力会 平衡（空气浮力忽略不计），油滴将匀速下 降.
• 将以上数据代入上式得
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1.4310-14 t 11.96102
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(2) 数据表格
油 滴编 号
平衡电压 (V)
V1 V2 V3 V4 V5
平 均 电 压
油滴匀速下降时间 (s)
t1 t2 t3 t4 t5
平 均
时 间
基本
[q/e] 电荷 量 (c)
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2
3
4
5
源自文库
实验步骤 -调整仪器
正式测量
(3) 对于同一颗油滴，必须重复测量5次。 (4) 另选4颗不同的油滴，用同样的方法进行
测量。 注意：计时结束时，一定要迅速将油滴仪的
功能键置于“平衡”档，否则油滴就会运 动到下极板而观察不到，进而无法测量5次。
实验注意事项
实验前必须调节水准泡； (1) 每次都要调节平衡电压，要求每个油滴 的平衡电压和下降时间都不同。 (2) 擦拭极板时要关掉电源，以免触电； (3) 喷油雾前将漏油开关打开
数据记录及处理
(1) 数据处理方法： 已知： 油的密度 ρ = 981 kg/m3 重力加速度 g = 9.797 m / s2 空气的粘滞系数 η = 1.83×10-5 kg /m·s 油滴下降距离 l = 2.00×10-3 m 常数 b = 8.22×10-3m·Pa 大气压 P = 1.013×105Pa 平行极板距离 d = 5.00×10-3 m
1907-1913年密立根用在电场和重力场 中运动的带电油滴进行实验，发现所有油 滴所带的电量均是某一最小电荷的整数倍， 该最小电荷值就是电子电荷。
密立根油滴实验获得两项重大的成果：
一是证明了任何带电物体所带的电荷都 是基本电荷e的整数倍，并精确测出了基本 电荷的数值；
二是明确了电荷的不连续性，即电荷具 有量子性。
电场不存在受力图
两平行极板间不加电压时即电场不存在时
fr mg
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实验原理
考虑到油滴半径小到10-6米时，其半径 与空气中分子的平均自由程可以比拟，空 气不能被认为是连续介质，空气的黏滞系 数应做如下修正
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油雾室
2. 实验仪器 密立根油滴仪
平衡水泡
ccd
CCD物镜
极板电压 转换开关
提升、平 衡、下降 转换开关
平衡电压 调节
计时键 联动键
正负极板 喷雾器
物镜平动 旋钮
显示器
垂直显示调节 水平显示调节
电压显示 计时显示
亮度调节 开关
对比度调节
实验原理
通过带电油滴在电场和重力场中受力和 运动情况，测定基本电荷的电量。
(1) 调整仪器底部的调平螺丝，使水准仪的 气泡移到中央，这时平行极板处于水平位 置，电场方向和重力平行。 (2 ) 将监视器亮度调低，对比度调到最高。 (3) 将油从油雾室旁的喷雾口喷入（1-2次即 可），立刻微调显微镜的调焦手轮，使视 场中出现大量清晰的油滴。
选择合适的油滴
(1) 将油滴仪的换向开关K1放在“+”或“-”上，功 能键K2置于“平衡”档，观察几颗缓慢运动的油 滴，并注视其中的某一颗，微调显微镜，使该油 滴很清楚，在80~300V之间仔细调节平衡电压使 这颗油滴静止不动。 (2) 分别将K2开关置于“提升”或“0V”，观察到 该油滴能够上、下自如运动，然后将其移动在屏 幕上某刻度线上，将K2置于“平衡”档， 使之保 持平衡。
选择合适的油滴
(3) 将K2置于“0V”档，油滴下移，同时计时 器自动计时，当油滴向下运动两个刻度并 恰好在刻度线上时，将K2置于“平衡”， 计时停止，此时屏幕右上方即显示该油滴 运动两个刻度距离的时间。该时间再乘以4 则是油滴匀速下降2mm的估算时间，选择 这段时间在8~30s的油滴.
正式测量
实验原理
设质量为m带电量为q的油滴在两平行 极板间运动，两极板间电压为U，极板间距 为d。则油滴在极板间将同时受到重力和电 场力的作用，如图所示。如果调节两极板 间的电压U，可使电场力和重力达到平衡， 即
电场存在受力图
mg qe q V d
实验原理
要测定油滴所带的 电量q，除了要测出V 和d外，还要测出油滴 的质量m，下面推导测 量m的公式。
• b为修正常数，b = 8.22×10-3m·Pa，p为 大气压强（单位是Pa），a为未修正过的油 滴半径。则修正后油滴半径用为
a
9v 2g
1
1 b
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• 对于匀速运动的油滴，其下降的距离、所 需时间和速度之间的关系为
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实验原理
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实验目的
• (1) 学习密立根油滴实验的设计思想。并测量基本 电荷的电量，加深对电荷“量子性”的理解。验 证电荷的不连续性。
• (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，并测定基本电荷值。
• (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。
(1) 将油滴悬于分化板上某条横线附近(最好选择在 平行极板之间的中间部分)，以便准确判断出这颗 油滴是否达到平衡。观察时间约十几秒，如果油 滴在此时间内在平衡位置附近漂移不大，则可认 为油滴在平衡状态，此时的电压为平衡电压Vn。
(2) 将油滴用K2控制移动到“起跑线上”，按K3使 计时器停止计时，然后将K2置于“0V”，油滴开 始匀速下降的同时，计时器开始计时，到“终点” 时，迅速将K2置于“平衡”，油滴静止，计时结 束。此时的时间为油滴匀速下降2mm所需的时间。
实验注意事项
(4) 喷油时功能键K2应置于“平衡”处，调 节两电极板间电压在150-200V之间。 (5) 喷雾时喷雾器应竖拿,食指赌住气孔,对准 油雾室的喷雾口,轻轻喷入少许（喷1-2下） 即可；喷油太多，易堵塞上电极板中的落 油孔。 (6) 喷油后，喷雾器应竖立放置。
mg qe q V d
实验原理
当两平行极板间不加电压时（即电场不 存在时），油滴所受的电场力随之消失，在 重力作用下加速下降，同时也受空气阻力(黏 滞阻力)作用，根据斯托克斯定律，黏滞阻力 为
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实验原理
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a为油滴的半径,η为空气的黏滞系数，ν为 油滴运动的速度。油滴下降一段距离达到某 一速度（收尾速度）后，黏滞阻力和重力会 平衡（空气浮力忽略不计），油滴将匀速下 降.
• 将以上数据代入上式得
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(2) 数据表格
油 滴编 号
平衡电压 (V)
V1 V2 V3 V4 V5
平 均 电 压
油滴匀速下降时间 (s)
t1 t2 t3 t4 t5
平 均
时 间
基本
[q/e] 电荷 量 (c)
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源自文库
实验步骤 -调整仪器
正式测量
(3) 对于同一颗油滴，必须重复测量5次。 (4) 另选4颗不同的油滴，用同样的方法进行
测量。 注意：计时结束时，一定要迅速将油滴仪的
功能键置于“平衡”档，否则油滴就会运 动到下极板而观察不到，进而无法测量5次。
实验注意事项
实验前必须调节水准泡； (1) 每次都要调节平衡电压，要求每个油滴 的平衡电压和下降时间都不同。 (2) 擦拭极板时要关掉电源，以免触电； (3) 喷油雾前将漏油开关打开
数据记录及处理
(1) 数据处理方法： 已知： 油的密度 ρ = 981 kg/m3 重力加速度 g = 9.797 m / s2 空气的粘滞系数 η = 1.83×10-5 kg /m·s 油滴下降距离 l = 2.00×10-3 m 常数 b = 8.22×10-3m·Pa 大气压 P = 1.013×105Pa 平行极板距离 d = 5.00×10-3 m