密立根油滴实验原版(1)
密立根油滴实验制图
密立根油滴实验制图表1 每颗油滴的电荷量表(×10-19 C)根据表5-2绘制下图5-1。
以自然数n为横坐标, 以所测得的电荷量q 为纵坐标作n - q 方格图. 自原点向测量值中最小电荷量的格点依次作射线, 若有某一射线与图中所经格点均相交, 则证明电荷的不连续性,且将各格点对应电荷值除以格点下对应的n 值并取平均即求得元电荷量。
就是所求电子电荷ei 的值。
图5-1 作图法数据处理（取表5-1的数据）由表5-2知道油滴中带最少电荷值3.04×10-19 C.取q 电荷量子数n =1，那么按照q = ne 假设，由图5-1，连接黄线得一条直线，发现黄线没有完全落在垂直线与水平电量线上，说明不满足， q 电荷量子数不为1；同理，取n=2连接得红线，红线完全落在垂直线与水平电量线相交点上；n =3连接得蓝线，蓝线完全没有落在垂直线与水平电量线上，q 电荷量子数不为1。
因为黄线与水平线上各个相交点近似与各条垂直线重合，应该取的是红线，得出电荷值3.04×10-19 C的n=2，此方法证实了电子的量子化特性，但是估算值与整数的接近程度均不好，甚至相差太远，则此方法误差较大，甚至失效。
如n=4的估算值恰恰应取第3组。
假设根据已知用第3组估算值处理数据,所得的结果1.512 ×10-19 C，与元电荷的公认值e = 1. 602 ×10-19 C 的相对误差超过10%，误差是相当的大,可见无法处理该组实验数据。
5.3 对作图法的改进由上文可以看出, 作图法处理结果中，当q min =3.04×10-19 C 时,根据e的公认值判断可知误差较大，由此可见该方法确实有一定的局限性。
作图法局限性即要求qmin 要有足够的精确度。
若qmin误差较大,则得不到预想的结果。
由于上表选了最小的电荷作qmin，结果是有误差大于10%，针对以上出现的问题，因此取次最小的qi 为新的qmin去作相同的处理。
大学物理实验密立根油滴实验讲义.doc(+09.9)(1)
密立根油滴实验[实验目的]1．学会操作密立根油滴仪，并能测定基本电荷大小 2．验证电荷的量子性 [实验原理]电子的电荷最早由美国物理学家密立根(likan)通过观察均匀电场中带电油滴的运动从实验中测得的。
用油滴法测量电子的电荷，可以用静态（平衡）测量法测量。
用喷雾器将油喷入油滴盒，并通过平行板顶的上一个小孔落入两块相距为d 水平放置的平行板之间。
油在喷射撕裂成油滴时，由于摩擦作用一般都会带电。
设油滴的质量为m ，所带的电荷为q ，两极板间的电压为U ，则油滴在平行极板间将同时受到重力mg ，浮力F '和静电力qE 的作用，如图所示。
如果调节两极板间的电压U ，可使该三力达到平衡，这时mg qE F '=+即Umg qF d'=+ (1) 当平行极板不加电压时，油滴受重力作用而加速下降，油滴的速度逐渐加大。
由于m 很小，随着速度的加快油滴受到的空气粘滞力也逐渐加大。
当空气的粘滞阻力F γ、F '与油滴所受重力平衡时，油滴作匀速下降，利用这个速度可换算出油滴所带的电量。
设油滴下降一段距离后以速度v g 匀速下降，由斯托克斯定律有：mg F F r ='+式中，η为空气的动力粘度，r 为油滴的半径，（油滴在表面张力作用下呈球状）。
设油的密度为ρ，空气的密度为31.20/kg m ρ'=：343m r πρ= 343m r πρ''= (2)3344633g r v r g r g πηπρπρ'+= (3)由式（2）和（3）式得，油滴半径r =对于半径小于610m -的小球，空气的动力粘度η应作如下修正'1bprηη=+式中，b 为修正常数，38.2310b m Pa -=⨯⋅，p 为大气压强（51.01310p Pa =⨯），则r =可得3294132()1g v m b g pr ηπρρρ⎡⎤⎢⎥=⋅⎢⎥'-⎢⎥+⎢⎥⎣⎦(4)设油滴匀速下降的距离为l ，时间为g t ，则ggl v t =，代入式（1）及式（4）得32(1)g ld q b U t pr η⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥+⎢⎥⎣⎦（5）实验发现，对于某一颗油滴，如果我们改变它所带的电量q ，则能够使油滴达到平衡的电压必须是某些特定值V n 。
大学物理实验-密立根油滴试验
一、实验目的1．用CCD微机密立根油滴仪是验证电荷的不连续性及测量基本电荷的电量的物理实验仪器。
2．学习了解CCD图像传感器的原理及应用、学习电视显微测量方法。
二、实验仪器及结构仪器主要由油滴盒、CCD电视显微镜、电路箱、监视器等组成。
油滴盒是个重要部件，从图一上可以看到，上下电极直接用精加工的平板垫在胶木圆环上，这样极板间的不平衡度、极板间的间距误差都可以控制在0.01mm以下。
在上极板中间有一个0.4mm的油滴落入孔，在胶木圆环上开有显微镜观察孔和照明孔。
油滴盒外罩有防风罩，罩上放置一个可取下的油雾杯，杯底中心有一个落油孔及一个挡片，用来开关落油孔。
在上电极上放有一个可以左右拨动的压簧，注意，只有将压簧拨到最边位置，方可取出上极板。
照明灯安装在照明座中间位置，采用了带聚光的半导体发光器件。
图一电路箱体内装有高压产生、测量显示等电路。
底部装有三只调平手轮，面板结构见图二。
由测量显示电路产生的电子分划板刻度，与CCD摄像头的行扫描严格同步，相当于刻度线是做在CCD器件上的。
图二⨯结构，垂直线视场为2mm，分8格，每格OM98/OM99油滴仪的标准分划板是83值为0.25mm。
在面板上有两只控制平行极板电压的三档开关，K1控制上极板电压极性，K2控制极板上电压的大小。
当K2处于中间位置，即“平衡”档时，可用电位器调节平衡电压。
打向“提升”档时，自动在平衡电压的基础上增加200~300V的提升电压，打向“0V”档时，极板上电压为0V。
为了提高测量精度，OM98/OM99油滴仪将K2的“平衡”、“0V”档与计时器的“计时/停”联动。
在K2由“平衡”打向“0V”时，油滴开始匀速下落的同时开始计时，油滴下落到预定距离时，迅速将K2由“0V”档打向平衡档，油滴停止下落的同时停止计时。
这样，在屏幕上显示的是油滴实际的运动距离及对应的时间，提供了修正参数。
这样可提高测距、测时精度。
根据不同的教学要求，也可以不联动。
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。
密立根油滴实验报告完整版
密立根油滴实验1 引言密立根油滴实验是测定油滴带电量的实验，该实验在1909～1911年历时三年由美国物理学家密立根（lkan 1868-1953）设计并完成的。
实验结果表明带电物体的电荷量都是不连续的，其所带的电量为某一最小电荷（基本电荷e ）的整数倍，实验较为精确地测定了这一基本电荷e 的数值,从而为电子论建立了直接的实验基础。
电子电荷的准确测定，为其它基本物理量的测定提供了依据，使人们对微观世界的认识得以向前推进。
密立根油滴实验的重要意义在于揭示了物质电结构的量子性，对人们认识组成物质的基本结构有决定性的作用，在近代物理学史上起过十分重要的作用。
密立根因此获得1923年诺贝尔物理学奖。
2实验目的1. 了解、掌握密立根油滴实验的设计思想、实验方法。
2. 学习对实验数据的处理方法，由此计算出基本电荷值，验证电荷的不连续性。
3实验基本原理 利用密立根油滴仪的喷雾器将油滴喷入两块相距为d 的水平放置的平行带电极板之间，油滴在喷雾时由于摩擦，一般都是带电的。
设一个质量为m ，带电量为q 的油滴处在两块平行板之间，在平行板未加电压时，油滴受重力作用而加速下降，由于空气阻力的作用，在下降一段距离后，油滴将作匀速运动，速度为Vg ，这时重力与阻力平衡（空气浮力忽略不计），如图1所示。
根据斯托克斯定律，粘滞阻力为g av F πη6＝粘式中η是空气的粘滞系数，a 为油滴的半径，这时有mg V a g =ηπ6 （1）当在平行板上加电压V 时，油滴处在场强为E 的静电场中，设电场力qE 与重力相反，如图2所示，使油滴受电场力加速上升，由于空气阻力作用，上升一段距离后，油滴所受的空气阻力、重力与电场力达到平衡（空气浮力忽略不计），则油滴将以匀速上升，此时速度为V e ，则有mg qE Ve a -=ηπ6 （2）又因为E=V/d （3）由上述（1）、（2）、（3）式可解出)(g e g V V V V d mg q += （4）为测定油滴所带电荷q ，除应测出V ，d 和速度V e 、V g 外，还需知油滴质量m ，由于空气中悬浮和表面张力作用，可将油滴看作圆球，其质量为ρπ3)3/4(a m = ρ为油滴的密度。
大学物理实验-密立根油滴试验
一、实验目的1．用CCD微机密立根油滴仪是验证电荷的不连续性及测量基本电荷的电量的物理实验仪器。
2．学习了解CCD图像传感器的原理及应用、学习电视显微测量方法。
二、实验仪器及结构仪器主要由油滴盒、CCD电视显微镜、电路箱、监视器等组成。
油滴盒是个重要部件，从图一上可以看到，上下电极直接用精加工的平板垫在胶木圆环上，这样极板间的不平衡度、极板间的间距误差都可以控制在0.01mm以下。
在上极板中间有一个0.4mm的油滴落入孔，在胶木圆环上开有显微镜观察孔和照明孔。
油滴盒外罩有防风罩，罩上放置一个可取下的油雾杯，杯底中心有一个落油孔及一个挡片，用来开关落油孔。
在上电极上放有一个可以左右拨动的压簧，注意，只有将压簧拨到最边位置，方可取出上极板。
照明灯安装在照明座中间位置，采用了带聚光的半导体发光器件。
图一电路箱体内装有高压产生、测量显示等电路。
底部装有三只调平手轮，面板结构见图二。
由测量显示电路产生的电子分划板刻度，与CCD摄像头的行扫描严格同步，相当于刻度线是做在CCD器件上的。
图二⨯结构，垂直线视场为2mm，分8格，每格OM98/OM99油滴仪的标准分划板是83值为0.25mm。
在面板上有两只控制平行极板电压的三档开关，K1控制上极板电压极性，K2控制极板上电压的大小。
当K2处于中间位置，即“平衡”档时，可用电位器调节平衡电压。
打向“提升”档时，自动在平衡电压的基础上增加200~300V的提升电压，打向“0V”档时，极板上电压为0V。
为了提高测量精度，OM98/OM99油滴仪将K2的“平衡”、“0V”档与计时器的“计时/停”联动。
在K2由“平衡”打向“0V”时，油滴开始匀速下落的同时开始计时，油滴下落到预定距离时，迅速将K2由“0V”档打向平衡档，油滴停止下落的同时停止计时。
这样，在屏幕上显示的是油滴实际的运动距离及对应的时间，提供了修正参数。
这样可提高测距、测时精度。
根据不同的教学要求，也可以不联动。
实验三 密立根油滴实验
mg = 6παηvg = f r
其中η 是空气粘滞系数， α 是油滴半径。
fr fr υg mg υg mg
qU/d
（6-3-1）
U
图 6－3－1 图 6－3－2 小油滴是带电体，会受到电场作用，如果在极板间加方向向下的电场，电场力与重力相 反，图 6-3-2。假定电场力大于重力，那么在合力作用下油滴将向上加速运动，经过足够的 时间，达到速度为 ve 的匀速运动状态。仍然不考虑空气阻力的影响，那么这里的力平衡关 系是：
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2．油滴观察与运动控制 竖拿喷雾器， 对准油雾室的喷雾口轻轻喷入少许油滴(喷一下即可)， 微调测量显微镜的 调焦手轮，使监视器上油滴清晰，此时视场中的油滴如夜空繁星。如果视场不够明亮，或视 场上、下亮度不均匀，可调整发光二极管的方向使视场和油滴清晰明亮。取下油雾室调整发 光二极管时，应将工作电压选择开关放在“下落”位置，以防触电。 将工作电压选择开关拨到“平衡”位置，在平行极板上加 250 V 左右的工作电压，观察 油滴的运动情况；选择一颗清晰的油滴(不宜太大)，调节工作电压大小，观察油滴运动速度 的变化，直至油滴平衡不动为止；将选择开关拨到“提升”位置，把油滴提升到视场上方， 然后再将选择开关置于“下落”档，油滴开始下落,并测量油滴下落一段距离所用的时间。 对一颗油滴反复进行“平衡” 、 “提升” 、 “下落” 、 “计时”等操作，以便能熟练控制油滴。 3．测量 选择平衡电压为 200 ~ 300 V ，匀速下落 2 mm 所用时间约 20 s 的油滴作为待测对象较 好。油滴平衡后，通过“提升”挡电压将油滴提升到第一条水平刻线处，让油滴下落至第二 条刻线时开始计时，测出油滴匀速运动 2.00 mm (对应分划板四格)所用的时间 t 。接着再加 上平衡电压，否则油滴很快消失，影响多次测量。 对一颗油滴进行多次反复测量(一般在 5 次以上)，且每次测量前均应重新调节平衡电 压，分别算出每次测量的结果(油滴带电量和基本电荷)。 用同样的方法至少测量 5 颗油滴，最终求出(所有)基本电荷的实验平均值。 本实验中 ρ=981 kg/m3(20℃时) 油的密度 重力加速度 g=9.79 m/sec2(南京地区) － η=1.83×10 5 kg/m·sec 空气粘滞系数 － － 油滴匀速下降距离 l=1.50×10 3 m（本实验为 2.00×10 3 m） －6 常数 b=6.17×10 m－cmHg 大气压强 p=76.0 cmHg － 平行板间的距离 d=5.00×10 3m 注意事项 1.实验前应检查油滴仪是否水平，如果不水平可能造成落油孔被堵。 2．喷雾时切勿将喷雾器插入油雾室，甚至将油倒出来，更不应该将油雾室拿掉后对准 上电极板中央小孔喷油，否则会将油滴盒周围搞脏，甚至把落油孔堵塞； 3．选择大小合适的油滴是实验的关键。大而亮的油滴，因其质量大，油滴带电量也多， 匀速下落一定距离的时间短，增加测量和数据处理误差。而过小的油滴布朗运动明显，且不 易观察。 4.测量油滴运动时间应在两极板中间进行，太靠近上极板，小孔附近有气流，电场也不 均匀，若太靠近下极板，测量后油滴容易丢失。 思考题 1．为什么向油雾室喷油时要使两极板短路？ 2．对同一颗油滴进行多次测量时，为什么平衡电压必须逐次调整？ 3．实验中发现油滴逐渐变模糊，是什么原因？为什么会发生？又如何处理？ 4．对一个油滴测量过程中发现平衡电压有显著变化，说明了什么？如果平衡电压在不 大的范围内逐渐变小，又说明了什么问题？
密立根油滴实验
图2 油滴匀速下落时的受力姓名 学号 班级 操作处理总分密立根油滴实验一、实验目的（1）了解密立根油滴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，并测定电子的电荷量e 。
（3）掌握对仪器的调整、油滴的选定、跟踪、测量以及数据的处理。
二、实验仪器密立根油滴仪、实验油、喷雾器等。
三、实验原理静态(平衡)测量法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。
油在喷射撕裂成油滴时，一般都是带电的。
设油滴的质量为m ，所带的电荷为q 两极板间的电压为V ，则油滴在平行极板间将同时受到重力mg 和静电力qE 的作用。
如图1所示。
如果调节两极板间的电压V ，可使两力达到平衡，这时 dVqqE mg == (1) 从上式可见,为了测出油滴所带的电量q ,除了需测定V 和d 外，还需要测量油滴的质量m 。
因m 很小，需用如下特殊方法测定：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，下降一段距离达到某一速度g υ后，阻力r f 与重力mg 平衡，如图2所示(空气浮力忽略不计)，油滴将匀速下降。
根据斯托克斯定律，油滴匀速下降时mg v f g r ==παη6 （2）式中η是空气的粘滞系数，α是油滴的半径（由于表面张力的原因，油滴总是呈小球状）。
设油的密度为ρ，油滴的质量m 可以用下式表示 ρπα334=m （3） 由(2)式和(3)式，得到油滴的半径gv g ρηα29=（4）对于半径小到810-米的小球，空气的粘滞系数η应作如下修正图1油滴在平行极板间受力pab +=1'ηη这时斯托克斯定律应改为pab v f gr +=16παη 式中b 为修正常数，p 为大气压强，得pabg v g+=1129ρηα （5）上式根号中还包含油滴的半径a ，但因它处于修正项中，不需十分精确，因此可用(4)式计算，将(5)式代入(3)式，得ρρηπ23112934⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+=pa b g v m g （6） 至于油滴匀速下降的速度g v ，可用下法测出：当两极板间的电压V 为零时，设 油滴匀速下降的距离为l ，时间为g t ，则gg t lv =（7） 将(7)式代入(6)式，然后把(6)式代入(1)式，得V d pa b t l g q g 231218⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=ηρπ （8） 上式是用平衡测量法测定油滴所带电荷的理论公式。