油滴实验
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普通物理(近代物理)实验
密立根油滴实验
背景简介
密立根用了七年时间研究电子电荷，于1910年发表了油滴实验。 这个实验首次证实电荷的量子化，测定了电子电荷的正确数值。对物 理学的发展起过重要作用。密立根油滴实验方法巧妙，物理学界将密 立根油滴实验作为实验物理的典范。密立根由于测定了电子电荷和借 助光电效应测量出普朗克常数等项成就，荣获1923年诺贝尔物理学奖。
实验原理
一、基本原理：
质量m,带电量为q的油滴，在两块加有电压V的平行极板之间受两个力 的作用（如图）
若调节极板间的电压V ,使两力达到平衡，这时
V mg qE q d
（1）
二、油滴质量的测定：
平行极板不加电压时，油滴受重立作用而加速下降。由于空气阻力 的作用，下降一段距离后，将以均匀速度下降，这时重力与阻力平衡 （空气浮力忽略不计），根据斯托克斯定律
mg f r 6avg
式中η是空气的粘滞系数，a是油油滴的半径
(约106 m)
m
4 a 3 3
（2）
ρ为油滴的密度。
得
a
9v g 2 g
（3）
6 一、对半径小到 10 m 的小球，空气的粘滞系数应作如
下修正
1 b Pa
这时斯托克斯定律应为
fr 6av g b 1 Pa
式中 油的密度
a
9l 2 gt
3
大气压强
P 76.0 106 cmHg
2
981 kg / m
重力加速度 空气粘滞系数
g 9.79m / sec
平行极板间距离
d 5.00 103 m
1.83105 kg / m sec
将以上数据代入公式得
q ne 1.43 1014
3 2
实验发现，对于同一个油滴，如果改变它所带的电量，则能够使它 达到平衡的电压V必须是某些特定的电压值Vn，这表示与之相对应的电量 q 是不连续的
q ne m g
式中
d Vn
n 1,2,3
所以
………，而e是个不变的量，即电子的电荷 值，
3 2
d 18 l ne b Vn 2 g t 1 Pa
式中b为一常数（b=6.17×10-6m· cmHg）,P为大气压强， 这时 9v g 1 a （4） b 2 g 1 Pa 上式根号中还包含油滴的半径a ，因为它处于修正项中，不须 十分精确，故它仍可用（3）式计算。将（4）式代入（2）式， 得
4 9v g 1 m b 3 2 g 1 Pa
记录平衡电压和下落时间。
6. 重复测量五次。
数据处理
1. 计算油滴的电量；
2. 验证电量的不连续性； 3. 求电子电量。
测量参数 下落时间 （s） 1 2 3 4 5
平衡电压 （V）
注意事项
1. 实验之前先调油滴仪水平。 2. 正确喷油和防止堵油孔。 3. 要求平衡电压200V以上，下落时间控制在16-25s之间。
3 2
（5）
三、均匀下落速度
v g 之测定：
当电压V=0时，设油滴在平行极板间做匀速下降的 距离为l，时间为t，则
vg
l t
（6）
四、油滴带电量计算公式： 将（6）式代入（5）式，（5）式代入（1）式，得
d 18 l q b V 2 g t 1 Pa
t 1 0.02 t
3 2
1 库仑 Vn
由公式4 得
a
4.15 10 6 t 1 0.02 t
1 2
米
由公式2得
m百度文库
4 a3 4.09 103 a3 千克 3
实验内容
油滴仪面板
操作按钮如上图，仪器面板所示： 1. 调节仪器底部螺丝，观察水准泡油滴仪处于水平状态。 2. 用喷油嘴向油雾室喷油，转动CCD调焦手轮，使屏幕上出现清晰的油 滴图象。 3. 置功能于“工作”和“平衡”状态，调节极板间的平衡电压，使屏 幕上保留一颗清晰的油滴。 4. 置功能于“工作”和“提升”状态，使油滴上升至视窗边缘，切换 回“平衡”状态。 5. 将参数设置为“0V”，油滴开始在重力场中下落，至0刻度线位置， 按计时“开始”，油滴下落至1.6mm刻度线，按“结束”，监视器上自动
密立根
密立根油滴实验
实验目的 实验原理 数据处理 实验仪器 实验内容 注意事项
思考问题
实验目的
1. 学习密立根的实验方法，掌握它的基本原 理；
2. 测量油滴的带电量，验证电荷的不连续性
和电子电量e。
实验仪器
6 1 3 2 4
5
ZKY-MLG-6 实验仪
1.CCD油滴仪主机 2.油雾室 3.CCD系统 4.喷油器 5. 平衡电压 调节旋钮 6. 监视器
（7）
根据上式，可测出电子的电荷值，并验证电子电荷的不连 续性。 根据公式（7）
18 l q ne b 2 g t 1 Pa
3 2
油滴匀速下降距离
d Vn
l 2.00 103 m
常数
b 6.17 106 m cmHg
4. 代入带电量计算公式计算时，下落时间需除以0.8。
思考问题
1. 如果油滴仪不水平，会对实验结果造成怎样的影响？
2. 为什么平衡电压要求200V以上，下落时间16-25s？
密立根油滴实验
背景简介
密立根用了七年时间研究电子电荷，于1910年发表了油滴实验。 这个实验首次证实电荷的量子化，测定了电子电荷的正确数值。对物 理学的发展起过重要作用。密立根油滴实验方法巧妙，物理学界将密 立根油滴实验作为实验物理的典范。密立根由于测定了电子电荷和借 助光电效应测量出普朗克常数等项成就，荣获1923年诺贝尔物理学奖。
实验原理
一、基本原理：
质量m,带电量为q的油滴，在两块加有电压V的平行极板之间受两个力 的作用（如图）
若调节极板间的电压V ,使两力达到平衡，这时
V mg qE q d
（1）
二、油滴质量的测定：
平行极板不加电压时，油滴受重立作用而加速下降。由于空气阻力 的作用，下降一段距离后，将以均匀速度下降，这时重力与阻力平衡 （空气浮力忽略不计），根据斯托克斯定律
mg f r 6avg
式中η是空气的粘滞系数，a是油油滴的半径
(约106 m)
m
4 a 3 3
（2）
ρ为油滴的密度。
得
a
9v g 2 g
（3）
6 一、对半径小到 10 m 的小球，空气的粘滞系数应作如
下修正
1 b Pa
这时斯托克斯定律应为
fr 6av g b 1 Pa
式中 油的密度
a
9l 2 gt
3
大气压强
P 76.0 106 cmHg
2
981 kg / m
重力加速度 空气粘滞系数
g 9.79m / sec
平行极板间距离
d 5.00 103 m
1.83105 kg / m sec
将以上数据代入公式得
q ne 1.43 1014
3 2
实验发现，对于同一个油滴，如果改变它所带的电量，则能够使它 达到平衡的电压V必须是某些特定的电压值Vn，这表示与之相对应的电量 q 是不连续的
q ne m g
式中
d Vn
n 1,2,3
所以
………，而e是个不变的量，即电子的电荷 值，
3 2
d 18 l ne b Vn 2 g t 1 Pa
式中b为一常数（b=6.17×10-6m· cmHg）,P为大气压强， 这时 9v g 1 a （4） b 2 g 1 Pa 上式根号中还包含油滴的半径a ，因为它处于修正项中，不须 十分精确，故它仍可用（3）式计算。将（4）式代入（2）式， 得
4 9v g 1 m b 3 2 g 1 Pa
记录平衡电压和下落时间。
6. 重复测量五次。
数据处理
1. 计算油滴的电量；
2. 验证电量的不连续性； 3. 求电子电量。
测量参数 下落时间 （s） 1 2 3 4 5
平衡电压 （V）
注意事项
1. 实验之前先调油滴仪水平。 2. 正确喷油和防止堵油孔。 3. 要求平衡电压200V以上，下落时间控制在16-25s之间。
3 2
（5）
三、均匀下落速度
v g 之测定：
当电压V=0时，设油滴在平行极板间做匀速下降的 距离为l，时间为t，则
vg
l t
（6）
四、油滴带电量计算公式： 将（6）式代入（5）式，（5）式代入（1）式，得
d 18 l q b V 2 g t 1 Pa
t 1 0.02 t
3 2
1 库仑 Vn
由公式4 得
a
4.15 10 6 t 1 0.02 t
1 2
米
由公式2得
m百度文库
4 a3 4.09 103 a3 千克 3
实验内容
油滴仪面板
操作按钮如上图，仪器面板所示： 1. 调节仪器底部螺丝，观察水准泡油滴仪处于水平状态。 2. 用喷油嘴向油雾室喷油，转动CCD调焦手轮，使屏幕上出现清晰的油 滴图象。 3. 置功能于“工作”和“平衡”状态，调节极板间的平衡电压，使屏 幕上保留一颗清晰的油滴。 4. 置功能于“工作”和“提升”状态，使油滴上升至视窗边缘，切换 回“平衡”状态。 5. 将参数设置为“0V”，油滴开始在重力场中下落，至0刻度线位置， 按计时“开始”，油滴下落至1.6mm刻度线，按“结束”，监视器上自动
密立根
密立根油滴实验
实验目的 实验原理 数据处理 实验仪器 实验内容 注意事项
思考问题
实验目的
1. 学习密立根的实验方法，掌握它的基本原 理；
2. 测量油滴的带电量，验证电荷的不连续性
和电子电量e。
实验仪器
6 1 3 2 4
5
ZKY-MLG-6 实验仪
1.CCD油滴仪主机 2.油雾室 3.CCD系统 4.喷油器 5. 平衡电压 调节旋钮 6. 监视器
（7）
根据上式，可测出电子的电荷值，并验证电子电荷的不连 续性。 根据公式（7）
18 l q ne b 2 g t 1 Pa
3 2
油滴匀速下降距离
d Vn
l 2.00 103 m
常数
b 6.17 106 m cmHg
4. 代入带电量计算公式计算时，下落时间需除以0.8。
思考问题
1. 如果油滴仪不水平，会对实验结果造成怎样的影响？
2. 为什么平衡电压要求200V以上，下落时间16-25s？