密立根油滴实验原理演示文稿
密立根油滴实验_10
密立根油滴实验一、实验目的1. 了解密立根实验的设计思想。
2. 学会用平衡法测量电子的电荷值。
3. 验证电荷的不连续性二、实验仪器微机密立根油滴仪、CCD 电子显示系统、喷雾器。
三、实验原理图3实验中, 用喷雾器将油滴喷入两块相距为d 的水平放置的平行极板之间, 如图3所示。
油滴在喷射时由于摩擦, 一般都会带电。
设油滴的质量为m, 所带电量为q, 加在两平行极板之间的电压为V, 油滴在两平行极板之间将受到两个力的作用, 一个是重力mg, 一个是电场力 。
通过调节加在两极板之间的电压V, 可以使这两个力大小相等、方向相反, 从而使油滴达到平衡, 悬浮在两极板之间。
此时有d Vqmg = (1)为了测定油滴所带的电量q, 除了测定V 和d 外, 还需要测定油滴的质量m 。
但是, 由于m 很小, 需要使用下面的特殊方法进行测定。
因为在平行极板间未加电压时, 油滴受重力作用将加速下降, 但是由于空气的粘滞性会对油滴产生一个与其速度大小成正比的阻力, 油滴下降一小段距离而达到某一速度v 后, 阻力与重力达到平衡（忽略空气的浮力）, 油滴将以此速度匀速下降示。
由斯托克斯定律可得mg v a f r ==ηπ6 （2）m g 6==v a f r ηπD V qE =q mg其中, 是空气的粘滞系数, 是油滴的半径（由于表面张力的作用, 小油滴总是呈球状）。
设油滴的密度为 , 油滴的质量m 可用下式表示ρπ334a m = （3）将（2）式和（3）式合并, 可得油滴的半径为gv a ρη29=（4）由于斯托克斯定律对均匀介质才是正确的, 对于半径小到10-6m 的油滴小球, 其大小接近空气空隙的大小, 空气介质对油滴小球不能再认为是均匀的了, 因而斯托克斯定律应该修正为aP b v a f r +=16ηπ式中b 为一修正常数, 取 ；P 为大气压强, 单位是cmHg 。
利用平衡条件和（3）式可得aP bgva +⋅=1129ρη （5）上式根号下虽然还包含油滴的半径 , 因为它是处于修正项中, 不需要十分精确, 仍可用（4）式来表示。
大学物理实验报告系列之密立根油滴实验
（5.8-7）
式中，修正常数 ， 为空气压强。
实验时取油滴匀速上升和匀速下降的距离相等，均为 ，测出油滴匀速下降的时间为，匀速上升的时间为，则。
， （5.8-8）
把（5.8-8）和（5.8-7）代入到（5.8-4）中，得到油滴所带电量的表述式：
（5.8-2）
在两极板之间加电压为 后，三力达到平衡，油滴作匀速运动，此时的速度写为 ，则有
（5.8-3）
联立求解以上二式，可得到
（5.8-4）
由于表面张力和空气悬浮的原因，油滴总是呈小球状。设油的密度为 ，油滴的质量克表示为
（5.8-5）
有（5.8-2）和（5.8-5）式可得油滴的半径：
（5.8-6）
【实验名称】密立根油滴实验
【实验目的】
1．了解密立根油滴实验仪的结构以及利用油滴测定电子电荷的设计思想和方法。
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，并测定电子的电荷值。
【实验仪器】
MOD-5型密立根油滴仪
【实验原理】
1．测量原理
利用油滴测量电子电荷的基本思想是：带电油滴在电场、重力场以及空气阻力的共同作用下，将静止或作匀速运动，通过测量所加电场的电压和匀速运动的速度，从而测出带电油滴所带电量。进而测量不同的油滴所带电量，由测量的数据可以发现油滴的电量是不连续的，并存在最大公约数，这个最大公约数也就是基本电荷，即电子所带电量。
（5.8-9）
调节平板间的电压，使油滴静止下来，则有 ， ，则上式简化为
（5.8-10）
【实验内容】
静态法测量。选好一颗适当的油滴，加平衡电压，使之基本不动。加升降电压，让油滴缓慢移动至视场上方某一刻度线上，记下平衡电压。去掉平衡电压，油滴开始加速下降，当达到匀速时开始计时，记下此时下降的距离和时间。要求对每一颗油滴测量5～8次，并选择至少5颗不同的油滴进行测量。使用公式（5.8-10）计油滴的电荷。
密立根油滴实验
密立根油滴实验一、实验简介：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、实验目的:1.测定基本电荷。
2.验证电荷的不连续性。
三、实验原理：如图所示,当质量为M 电量为Q 的油滴处在两块加有电压V 的平行极板间时,将受到两个方向相反的力F 1F 2的作用,若适当调节电压V 的大小,使油滴静止不动则有21F F ≡ d qv F =1mg F =2即d v q mg =````````(1)由此可见,只要能设法测出油滴的质量M,便可由该式求出电量q 的大小1. m 的测定:在图一中当v=0时,F 1=0.油滴将在重力的作用下加速下降,随着其下降速度的加快,油滴所受空气的粘滞阻力f 也越来越大,最终两力平衡而作匀速运动,若设其匀速下降的速率为V 00,半径为a 粘滞系数为η,根据斯托克斯定律则有: 06v a f mg ηπ==````````(2)若设油的密度为ρ,则有:ρπ343a m =````````(3) 联立(2)(3)式得:gv a ρη290=````````(4) 但是由于油滴并非刚体,而且其体积也太小,所以此时斯托克斯定律并不严格成立,而应予以修正; pa b +=11ηη```````(5)(式中,p 为大气压强(取为76cmHg),b=6.17×10-6(m.cmHg)为一常数)联立(3)(4)(5)式得:230)1129(43pa bg V m +⨯=ρηπ``````````````````(6)可见只要将(6)式代入(1)式便可求出电荷电量,由此可见,q 的测量关键在于m 的测量,而m 的测量关键以在于V 0的测量.2. V 0的测量当V=0时,设油滴匀速下降l 路程所用时间为t,则tl V =0 （7）联立1,6.7.式得v d pa b t l g q ⨯⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡+=23)1(218ηρπ（8）将4 式和各常数代入到上式中得到一个比较实用的计算油滴带电量公式:[]V t t q g g 102.01(1043.12314+⨯=-（9）同理可得到一个计算油滴半径的公式:[]21602.01(1015.4gg t t a +⨯=-(10)四.仪器及用具:密立根油滴实验仪.调焦用细丝.雾化器.钟油,停表五.实验步骤:(一)仪器的调整及预热第一步:调水平.取下油雾室,观察水准仪中的气泡是否居中,如果不居中,可先调正面的两个底座螺丝气泡位于”6 点”或”12点”位置,然后调节顶部底座螺丝使气泡位于正中位置.至此水平调节完毕.此后所有的操作,接触均应缓慢小心,以免破坏水平调节.第二步:轻轻放好油雾室.平衡电压开头和升降电压开头均指”0”位置.相应的两个大小调节旋扭反时针转到尽头,并接整机电源预热10分钟.(二)显微镜调焦第一步:缓慢转动调焦鼓轮使物镜头插入到观察窗口并对正,且使其光轴大致水平第二步:缓慢转动目镜头,使其分划板清晰可见,并适当转动整个目镜筒,使分划板不致左右偏斜.第三步:拿开油雾室,将调焦细丝插入油雾室孔中.旋转调焦鼓轮,使细丝像清晰可见,如果所看到的细比像边缘不明亮,或者上下不一样亮,应辅导老师协助调整照明灯泡和导光棒,拔去调焦细丝.放好油雾室.第四步:利用雾化器从喷油孔向内急速喷入少许油雾.并及时从显微镜中观察.刚开始由于大量油滴的散射，可发现板间光亮一下子亮了许多，稍过片刻，便可看到晶莹剔透的小油滴犹如寂静夜空中点点繁星。
大学演示实验之密立根油滴实验
如果调节两极板间的电压U 如果调节两极板间的电压U 可使重力和 电场力平衡，则有关系式： 电场力平衡，则有关系式：
f1 f2
mg
此时油滴会静止地悬浮在电场中，并保持平衡。 此时油滴会静止地悬浮在电场中，并保持平衡。 平行板不加电压时， 平行板不加电压时，油滴在空气中自由下 下落过程中受三个力的作用：重力mg 落，下落过程中受三个力的作用：重力mg ；空 空气对它的阻力f 气浮力f 气浮力f1 ；空气对它的阻力f2。
完成本实验的关键在于控制油滴和选择合适的油 测量数据之前应熟练掌握控制油滴的技巧， 滴。测量数据之前应熟练掌握控制油滴的技巧，并 选择合适的油滴。否则就会造成实验失败。 选择合适的油滴。否则就会造成实验失败。 实验中选择的油滴不能太大， 实验中选择的油滴不能太大，太大的油滴 虽然较亮，但带电量比较多，下降速度较快， 虽然较亮，但带电量比较多，下降速度较快，时间 不容易测准确。太小的油滴布朗运动明显。 不容易测准确。太小的油滴布朗运动明显。通常选 择平衡电压200伏左右的油滴， 200伏左右的油滴 择平衡电压200伏左右的油滴，这时其大小和带电 量比较适当。
寻找油滴: 如果油滴看不到，或是看不清，可能是CCD 寻找油滴: 如果油滴看不到，或是看不清，可能是CCD 的物距不合适，或是监视器的亮度或对比度不合适， 的物距不合适，或是监视器的亮度或对比度不合适，应 该进行调整。 该进行调整。 控制油滴： 测量数据之前应熟练掌握控制油滴的技巧。 控制油滴： 测量数据之前应熟练掌握控制油滴的技巧。 方法是：在平行极板上加平衡电压250伏左右， 250伏左右 方法是：在平行极板上加平衡电压250伏左右，工作电 压选择开关置“平衡” 趋走不需要的油滴， 压选择开关置“平衡”档，趋走不需要的油滴，直到剩下 几颗缓慢运动的为止。注意其中的一颗， 几颗缓慢运动的为止。注意其中的一颗，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， 电压，使这颗油滴静止不动。然后去掉平衡电压，让它 自由下降，下降一段距离后再加“提升”电压， 自由下降，下降一段距离后再加“提升”电压，使油滴上 如此反复多次地进行练习。 升。如此反复多次地进行练习。
密立根油滴实验原理简述
密立根油滴实验原理简述1. 实验背景大家好，今天我们来聊聊密立根油滴实验，听起来有点高大上的样子，但其实它的原理简单得可以用“油滴”这两个字概括。
密立根，这位老兄可真是个传奇人物，早在1911年，他就通过这个实验发现了电子的电荷。
是不是很酷？想想看，当时人们对微小的粒子一无所知，他就像是一位探险家，勇敢地去揭开科学的面纱。
2. 实验原理2.1. 油滴的选择首先，实验是从一些小油滴开始的。
密立根用了一种很细腻的油，这可不是随便哪种油哦，而是专门选择过的，这种油滴小得像蚊子腿上的小水珠，足以让人瞠目结舌。
为了让这些油滴可以在空气中漂浮，密立根用雾化器把油变成了细小的油滴，真的是“一粒米能顶千军”的效果。
2.2. 电场的设置接下来，密立根可不是闲着，他在油滴所在的空间里设置了一个电场。
没错，就是通过电场来给油滴施加力。
这时候，油滴在重力和电场的作用下，就开始跳舞了。
其实，油滴就像是一个个小舞者，重力让它们向下，而电场则让它们往上，整个过程就像一场精彩的舞蹈比赛。
3. 观测与计算3.1. 观测油滴运动当然，光有舞蹈可不够，密立根还需要仔细观察这些油滴的运动。
他使用了显微镜，把油滴的运动记录下来，真是费了不少功夫。
通过这些数据，他开始计算油滴的电荷。
想象一下，那时候没有今天的高科技设备，密立根真的是一边喝着咖啡一边像侦探一样细心地研究，绝对是“天道酬勤”的典范。
3.2. 计算电荷的大小最后，密立根通过油滴的运动，成功地算出了电荷的大小。
这一结果不仅让他获得了诺贝尔奖，还为我们后来的科学研究奠定了基础。
可以说，他用一滴油，开辟了一条通往电子世界的新道路，真的是“开天辟地”的成就。
想想看，如果没有这个实验，我们或许还在探索电子的神秘面纱呢。
4. 实验的意义说到这里，密立根油滴实验的意义可真是非同小可。
它不仅让我们认识到电子的电荷是量子化的，也为后来的物理学发展打下了基础。
试想一下，没有这个实验，我们可能对电流、电子的运作一无所知，生活也就会变得平淡无奇。
密立根油滴实验讲义
密立根油滴实验讲义实验十九密里根油滴法测电子电量电子电荷是一个重要的基本物理量，对它的准确测定有很大的意义。
1883年由法拉第电解定律发现了电荷的不连续结构；1897年J J 汤姆逊通过对阴极射线的研究，测量了电子的荷质比，从实验上发现了电子的存在；而用个别粒子所带的电荷的方法来直接证明电荷的分立性，以及首先准确测定电子电荷的数值，则是由密立根（R ．A ．Millikan ）首先完成的。
从1906年起，他通过对在电场和重力场中运动的带电油滴进行测量，经过11年的努力，对实验做了多次重大的改进，终于以上千个油滴的确凿实验数据，不可置疑的证明了电荷的颗粒性，即任何电量都是某一基本电荷e 的整数倍，这个基本电荷值就是一个电子所带的电荷（e=1.602×10-19C ），密里根因为在测出电子电荷及其他方面的贡献，荣获了1923年度的诺贝尔物理奖。
密立根油滴实验是一个著名而有启发性的实验，它的实验原理清楚，设计思想巧妙，实验设备简单，结果准确。
尤其是它的设计思想很值得大家思考和学习。
本实验的目的就是利用密立根油滴实验仪验证电荷的不连续性，并求出电子所带的电量。
在实验中，通过对油滴认真选择，耐心跟踪和测量，培养一丝不苟的科学实验方法和态度。
一、实验目的1、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，并测定电子的电荷值e ；2、通过对仪器的调整，油滴的选择、跟踪、测量及数据的处理等，培养学生科学的实验方法和态度。
二、实验原理一个质量为m ，带电量为q 的油滴处在一个水平放置的平行板电容器内，当平行板未加电压时，油滴将受到三个力的作用，分别是重力、空气的浮力和与运动方向相反的粘滞阻力作用，在下落一段距离后，油滴最终将做匀速下降，此时重力、空气浮力和粘滞阻力达到平衡，如图19-1所示，设此时油滴的下落速度为v x ，根据斯托克斯定律，粘滞阻力为π6=n f x v r η (1)空气浮力为σ=ffgV (2)式中r 是油滴的半径，η是空气的粘滞系数，σ是空气密度，V 是油滴体积。
实验7 密立根油滴实验
实验7 密立根油滴实验一、实验目的：１．通过对带电油滴在重力场和静电场中运动的测量，证明电荷的不连续性，并测量基本电荷e 的大小。
２．通过实验中对仪器的调整、油滴的选择、跟踪、测量及数据处理，培养学生科学的实验方法。
３．了解现代测量技术在试验中的应用。
二、仪器及用具：CCD 密立根油滴仪，钟表油，喷雾器。
三、实验原理：一个质量为m 带电量为q 的油滴处在二块平行板之间，在平行板未加电压时，油滴受重力的作用而加速下降，由于空气阻力F r 的作用，下降一段距离后，油滴将匀速运动，速度为g v ，此时r F 与mg 平衡，如图1 所示。
由斯托克斯定律知，粘滞阻力为6r g F a v πη=mg = （1）式中η为空气粘滞系数，a 为油滴的半径。
此时在平行板上加电压V ，油滴处在场强为E 的静电场中，其所受静电场力qE 与重力mg 相反。
如图2 所示。
图2dV当 qE 大于mg 时，油滴加速上升，由于r F 的作用，上升一段距离后，将以e v 的速度匀速上升，于是有66e g V a v mg qE q d a v mg πηπη⎧+==⋅⎪⎨⎪=⎩（2） 由（2）式可知，为了测定油滴所带的电荷量q ，除应测平行板上所加电压V 、两块平行板之间距离d 、油滴匀速上升的速度V e 和V g 外，还需知油滴质量m 。
由于空气中的悬浮和空气表面张力的作用，可将油滴视为圆球，其质量为ρπ334a m = （3）由（2）和（3）式得油滴半径为a =（4）由于油滴半径a 小到10-6 米，所以，空气的粘滞系数η应修正为pab +=1'ηη （5）将（5）代入（4）式，得a =（6）于是，带电油滴质量m 为23)1(2934⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+=pa b g Vgm ρηπρ （7） 设油滴匀速下降和匀速上升的距离相等，均为l ，则有g g l v t =e el v t =所以油滴所带的电荷量为21231111218⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⋅⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=g g e t t t V d pa b l g q ηρπ （8） 令（8）式中d pa b l g K ⋅⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=231218ηρπ，则（8）式变为121111-⋅⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⋅=V t t t K q g g e （9） 该式就是动态法测量油滴带电荷的公式。
密立根油滴实验原理ppt课件
密立根油滴实验原理图
通过测量在电场和重力场中运动的带电油滴的速度，得到油滴所带电量。
3
密立根油滴实验原理
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：
mg qE q V q mg mgd
d
EV
4
油滴质量的测定： m 4 a3
P 76.0cmHg
d 5.00103 m
l 1.50103 m
9
油滴实验的意义：
（1）证明电荷的不连续性(具有颗粒性)，所有电荷都是基 本电荷e的整数倍。
（2）测量并得到了基本电荷即为电子电荷，其值为 e=1.6010-19库仑。
目前给出的最好结果为： e=(1.602177310.00000049)10-19库仑。
课后作业：查阅用磁漂浮方法测量分数电荷的实验。 Key words：fractionally charged particles，magnetic levitation
technique
10
实验物理的精华和典范
密立根油滴实验
密立根用了七年功夫研究电子电荷，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。
密立根油滴实验的设计简明巧妙，方法简单， 而结论却具有不容置疑的说服力。
1
密立根
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。
3
a-油滴半径，约10-6m -油滴密度
平行极板不加电压时，油滴受重力作用而加速下降。由于空气阻力的作用，下降 一段距离后，油滴以均匀速度 vg 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
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•油滴盒前装有测量显微 镜，用来观察油滴。
8
典型实验值：
油的密度 重力加速度 空气粘滞系数 常数 大气压强 平行极板间距离 油滴匀速下降距离
98k1g/m3
g9.79m 2/se2c
1.8 31 0 5kg /msec
b6.17106mcmHg
P76.0cmHg
3
a-油滴半径，约10-6m -油滴密度
平行极板不加电压时，油滴受重力作用而加速下降。由于空气阻力的作用，下降 一段距离后，油滴以均匀速度 vg 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
m gfr 6avg
- 空气粘滞系数
a 9vg 2g
.
5
考虑油滴的直径与空气分子的间隙相当，空气已不能看成是连续介质，其粘滞系数 应作如下修正 ：
d5.0 01 0 3m
l1.5 01 03m
.
9
油滴实验的意义：
（1）证明电荷的不连续性(具有颗粒性)，所有电荷都是基本 电荷e的整数倍。
（2）测量并得到了基本电荷即为电子电荷，其值为 e=1.6010-19库仑。
目前给出的最好结果为： e=(1.602177310.00000049)10-19库仑。
修正后的半径是：
1
b
Pa
b-常数 P-大气压强
a 9vg 1 2g 1 b
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，故它仍可用于计算。
.
6
均匀速度 v g 的测定：
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
3
2
q
18
l
d
2g
t1
b Pa
V
静态(平衡)法 测油滴电荷的
公式
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。
.
7
油滴实验装置示意图
油滴盒，油滴照明装置，调平 系统，测量显微镜，供电电源 以及电子停表，喷雾器等
.
•油滴盒是由两块经过精 磨的金属平板，中间垫 以胶木圆环，构成平行 板电容器。在上板中心 处有落油孔，使微小油 滴可以进入电容器中间 的电场空间。
.
2
密立根油滴实验原理图
通过测量在电场和重力场中运动的带电油滴的速度，得到油滴所带电量。
.
3
密立根油滴实验原理
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：
mgqEqV qmgmgd
d
EV
.
4
油滴质量的测定： m 4 a3
课后作业：查阅用磁漂浮方法测量分数电荷的实验。
Key words：fractionally charged particles，magnetic levHale Waihona Puke tationtechnique
.
10
11
实验物理的精华和典范
密立根油滴实验
密立根用了七年功夫研究电子电荷，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。
密立根油滴实验的设计简明巧妙，方法简 单，而结论却具有不容置疑的说服力。
.
1
密立根
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。