密立根油滴实验
密立根油滴实验
密立根油滴实验密立根油滴实验mì lì gēn yóu dī shí yàn (Millikan's 'oil-drop' experiment)密立根油滴实验，美国物理学家密立根所做的测定电子电荷的实验。
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。
密立根油滴实验的目的电子电量很小，且获得单个电子也不易，密立根油滴实验通过研究电场中的带电油滴的下落，测定电子的电量。
[编辑本段]密立根油滴实验仪这是一种专为中学设计的仪器。
它主要由电源、观察显微镜、油滴室、照明系统等组成。
仪器电源在底座内，它将交流22 0伏输入电压变为直流500伏和交流7伏；观察显微镜带有刻度分划板，便于读出油滴运动的距离，配合计时停表，可测定油滴运动速度，利用齿轮、齿条的调焦，能清晰观察油滴。
油滴室内是两块水平放置的平行金属板组成的电容器，电容器上的直流电压在0－500伏内连续可调，平行极板的极性由三挡换向电键转换，电压大小由直流电压表指示，改变电压的大小和方向可以控制油滴在电场中运动的快慢和方向；照明系统采用6－8伏，3瓦灯泡为光源，发热量小，发出的光经聚光镜将平行极板内的油滴照亮，它可绕转臂旋转，便于调节视场照度。
该仪器配有喷雾器、钟表油和水准器等附件。
实验中所用停表需另备[编辑本段]密立根油滴实验原理用喷雾器将油滴喷入电容器两块水平的平行电极板之间时，油滴经喷射后，一般都是带电的。
在不加电场的情况下，小油滴受重力作用而降落，当重力与空气的浮力和粘滞阻力平衡时，它便作匀速下降，它们之间的关系是：mg=F1+B（1）式中：mg──油滴受的重力，F1──空气的粘滞阻力，B──空气的浮力。
令σ、ρ分别表示油滴和空气的密度；a为油滴的半径；η为空气的粘滞系数；vg为油滴匀速下降速度。
密立根油滴实验
显示器
油滴管
实验内容
1. 进入虚拟仿真平台，进入该实验系统
2. 实验前准备工作
3. 静态法测电子电荷
4. 动态法测电子电荷
1.打开油滴法测电子电荷的仿真实验界面
2.实验前准备工作
(1) 开始实验后，从实验仪器栏中点击拖拽仪器至实验桌上
(2) 双击密立根油滴仪小图标，打开密立根油滴仪
(3) 双击显示器小图标，打开显示器
(4) 单击密立根油滴仪的水平气泡区域打开底座水平调
节装置，调节底座进行调节
3.静态法测电子电荷
(1) 单击电源开关，打开电源，能够观察显示器中的油滴
(2) 左击鼠标，使两极板电压产生向上的电场
(3) 单击油滴管，产生雾状油滴
(4) 调节“平衡电压”旋钮使控制的油滴处于静止状态
(5) 点击“锁定状态”，记录被控油滴的状态
(6) 左击“提升”电压档，使被控制油滴上升到最上面
的起始位置，为下一步计时做准备
(7) 右击到“置零”电压档，使被控制油滴匀速下落，
开始计时
(8) 左击到“平衡”电压档，使被控制油滴停止下落处于
静止状态，并停止计时，然后记录平衡电压数值和油滴
下落时间
η
′
η =
1+
•
1
=0
• = 9 2
()3
1 −2
1
2
∙
1 1
3
2
1
1+
0
3
2
静态法和动态法的不同点
静态法
动态法
研究对象
处于平衡状态下的油滴
处于非平衡状态下的
密立根油滴实验
密立根油滴实验密立根油滴实验是由美国物理学家罗伯特·安德鲁斯·密立根在1909年发明的一种用于测量电荷量的实验方法。
这种实验方法在物理学界被广泛应用，并为密立根赢得了1923年度诺贝尔物理学奖。
实验原理密立根油滴实验基于油滴的静电平衡原理。
在实验中，密立根首先将细小的油滴通过喷雾轻轻喷入气体室中。
随后，他在实验室中产生静电场，在设定的静电场中，油滴会受到电力的作用而上升或下降。
通过测量油滴的上升或下降速度与电场的关系，可以推导出油滴所带电荷的大小。
实验步骤1.准备工作：保证实验室环境干燥、无尘，并保持平稳。
同时，确保实验设备完好无损。
2.准备实验材料：将一小瓶细小的油滴放入喷雾器中，将喷雾器连接至气体室，并保证油滴可以稳定地喷入气体室。
3.产生静电场：使用高压电源或静电发生器产生一个均匀稳定的静电场。
可以使用静电所充电的金属板或金属网制作电场。
4.记录油滴的上升和下降：在静电场中让油滴进入油滴仪，并注意记录油滴的上升和下降速度。
通过观察油滴的移动，可以了解油滴所带电荷的大小。
5.重复实验：重复多次实验，取平均值以获得更准确的结果。
6.数据分析：根据实验记录和所使用的静电场的特性，计算得出每个油滴所带电荷的大小。
7.结果展示：将实验结果整理成表格或图表，并写出实验结论。
实验注意事项•实验环境要保持干燥和无尘，以确保实验准确度。
•实验设备要保持完好无损，以确保实验安全和准确度。
•在操作高压电源或静电发生器时，要小心避免触电。
•实验过程中要严格遵守实验室规范，注意个人安全。
实验结果与讨论通过密立根油滴实验，我们可以测量出油滴所带电荷的大小，并进一步了解电荷的性质。
密立根使用了这个实验方法来证明电荷是量子化的，即电荷是离散的而不是连续的。
他的实验结果为今后量子力学的发展打下了基础。
虽然密立根油滴实验被广泛应用于电荷测量，但它也有一些局限性。
实验过程中存在着一定的误差，这可能会影响实验的准确性。
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。
密立根油滴实验
密立根油滴实验
在物理学领域，密立根油滴实验是一种经典的实验，用于确定电子的电荷。
这一实验由德国物理学家罗伯特·密立根于1909年设计并进行，被认为是揭示原子结构的重要实验之一。
实验原理
密立根油滴实验基于油滴在电场中的运动。
在实验中，一小滴油被释放到一个具有正电荷的平行金属板间的区域。
油滴受到重力和空气阻力的作用而向下移动，但当施加一定电压时，电场会使油滴受到向上的电场力，这会平衡油滴的重力。
实验步骤
1.将一小滴油释放到金属板间区域。
2.施加电压，观察油滴的运动情况。
3.通过调节电压，使油滴保持稳定悬浮状态。
4.根据电压大小和油滴的运动情况，计算出油滴所带电荷的大小。
实验结果
通过实验测量和计算，密立根得出了电子基本单位电荷的大小。
这一发现对于揭示原子结构和基本粒子的性质具有重要意义。
密立根油滴实验证实了原子的电子结构，为后续的原子理论奠定了基础。
应用与意义
密立根油滴实验的结果不仅在物理学领域具有重要意义，同时也在工程和科技发展中有着广泛的应用。
电荷测量技术在许多领域都有着重要作用，如电子学、电磁学等领域。
综上所述，密立根油滴实验是一个具有里程碑意义的实验，它的发现为物理学和科学界带来了重大的影响，并为后续研究提供了重要的参考和基础。
大学物理实验：密立根油滴
测定基本电荷量e的值
油滴电荷量的测量
通过测量油滴在电场中的运动情况，可以推算出油滴所带的 电荷量。结合已知的电场强度和油滴的质量等信息，可以计 算出基本电荷量e的值。
高精度测量技术
密立根油滴实验采用了当时最先进的测量技术，如显微镜观 测、电场强度测量等，确保了实验结果的准确性和可靠性。
充电与平衡
给选定的油滴带上适量电荷，并调节 电场强度使油滴处于平衡状态。
测量电荷量
记录平衡状态下的电压和油滴在重力 与电场力作用下的运动情况，通过计 算得到油滴所带电荷量。
数据记录与处理
数据记录
详细记录实验过程中的各项参数， 如电压、油滴运动情况等。
数据处理
根据实验原理和数据记录，计算得 到油滴所带电荷量的实验值，并与 理论值进行比较分析。
拓展研究与应用领域探讨
微观粒子性质研究
密立根油滴实验不仅验证了电荷的量子化理论，还为后续研究微观粒子性质提供了重要的 实验基础和方法论指导。
物理学常数测定
基本电荷量e是物理学中的一个重要常数，其精确值对于研究电磁相互作用和粒子物理等 领域具有重要意义。密立根油滴实验提供了一种可靠的测定e值的方法。
环境条件准备
确保实验室环境干净、整 洁，温度、湿度适宜，以 减少实验误差。
油滴准备
使用喷雾器将油滴喷入密 立根油滴仪的观测室内， 待油滴稳定后，即可进行 实验。
实验操作过程
调整显微镜
通过调节测量显微镜的焦距和位置， 使观测室内的油滴清晰成像。
选择合适油滴
在观测室内选择大小适中、形状规则 的油滴进行实验，以提高实验精度。
密立根油滴实验
【实验内容】
3、正式测量
找到合适油滴后关闭油雾室开关，以免外部气流影响被 测油滴的运动。 平衡电压测量：首先调节平衡电压，使油滴保持静止， 观察一段时间油滴不再上下移动，记录此时电压即为平衡电 压。 下落时间测量：按照前页介绍方法，测出油滴从起跑线 移动到终点线（6格，1.5mm)所用时间，即下落时间。 将平衡开关推向“提升”档，油滴向上运动，到达上面 时平衡开关回到“平衡”档，油滴停止移动，重新测量平衡 电压。调节平衡电压旋钮使油滴移到起跑线上，再次测量下 落时间。对每颗油滴反复测上的线 条是油滴仪中电极之间 的空间坐标，不同水平 线即为电极之间不同高 度位置，每两条水平线 之间的空间距离为 0.25mm，屏幕右上角分 别为测量电极之间电压 的电压表和记录油滴下 落时间的计时器。
3、喷雾器及钟油
喷雾器使用时油滴出口处 对准油雾室边上的孔，用力挤 压喷雾器的橡皮气囊，通常喷 射三至四下即可找到合适的油 滴。使用时喷口要向上
3
式中η是空气的粘滞系数，r是油滴的半径（由于表面张力的原因，油滴总 是呈小球状）。 设油滴的密度为ρ，油滴的质量m又可以用下式表示
m
4 r 3
（3）
由（2）式和（3）式得到油滴的半径
r
9 v
g
2 g
（4）
空气的粘滞系数应作如下修正
1 b pr
斯托克斯定律适用于连续介质中 球状物体所受的粘滞力。由于油 滴甚小，其直径可和空气分子的 平均自由程相比拟，所以不能再 将空气看成是连续介质，油滴所 受粘滞力必将减小，粘滞系数应 予以修正。
相对误差：
q2 q1
E
e e0 e0
100
密立根油滴实验
密立根油滴实验引言密立根油滴实验是由美国物理学家罗伯特·密立根于1909年首次提出的实验方法，用于研究电子的基本性质和对电荷进行精密测量。
这项实验被认为是量子物理学的重要里程碑之一，也为后来的原子结构理论奠定了基础。
密立根油滴实验通过观察油滴受到电场力的行为，来测量电子的电荷量。
实验基于油滴悬浮在空气中的稳定状态，并利用电场对油滴的影响来推断电子的基本性质。
实验原理密立根油滴实验的原理基于两个重要的力学定律：油滴的重力和电场力。
下面是实验的步骤：1.实验装置：–一个封闭的容器，内部保持干燥和无尘的环境。
–一个观察装置，通常是显微镜，用于观察油滴的行为。
–一对平行的金属板，用于产生电场。
–滴灯或其他光源，用于照亮油滴。
2.油滴悬浮：–在封闭的容器中喷入油滴，通常使用硝酸银或硝酸钠溶液生成的细小水滴。
–调整环境的湿度，使得油滴悬浮在空气中，避免沉积到容器的底部。
3.电场施加：–通过连接金属板到电源的正负极，产生一个均匀的电场。
–这个电场会对油滴施加一个竖直方向上的力，使得油滴受到向上的浮力和向下的重力。
–调整电场的强度，使得油滴在竖直方向上达到平衡，悬浮在空气中不上升也不下降。
4.观察油滴行为：–通过显微镜等观察装置，观察油滴受到电场力的行为。
–当电场的方向调整后，如果油滴向上运动，说明油滴带有负电荷；如果油滴向下运动，说明油滴带有正电荷。
–通过测量油滴在电场中的行为，可以计算电子的电荷量。
实验结果与结论通过密立根油滴实验，罗伯特·密立根成功地测量了电子的电荷量，并验证了电荷的离散性。
他发现电子的电荷量约为1.602×10-19库仑，这个值与后来的实验测量非常接近，成为了电子电荷的准确值。
密立根油滴实验的结果为量子物理学提供了重要的信息，揭示了电子的粒子性和电荷的基本单位。
这项实验也有助于原子结构理论的发展，为后来的量子力学奠定了基础。
应用与意义密立根油滴实验不仅为电子电荷的测量提供了准确的方法，还为开展相关的研究提供了基础。
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密立根油滴实验
实验目的：
1．测量电子的电荷。
2．验证电荷的不连续性。
实验仪器：
CCD 微机型密立根油滴仪、喷雾器。
实验原理：
喷雾器喷出的油滴，由于摩擦一
般都是带电的。
选一质量为m 、带电量
为Q 的油滴，使其落在间距为d 、电压
为U 的平行板之间，如右图所示。
当油滴处于平衡状态时，所带电量Q 由下式计算
U d
mg Q = 若测出m 、d 、U ，即可求出油滴所带的电荷Q 。
实验证明，对于同一个油滴，如果改变它的电量为 321,,Q Q Q ,则对应的平衡电压1U ，2U ， 3U 只能是一些不连续的数值。
这个事实揭示了电荷存在着最小的基本单元e 。
油滴所带电量只能是e 的整数倍，即
Q =n e (n=1,2,3…) 实验中测出各个电荷值 321,,Q Q Q ,然后求出他们的最大公约数，这个最大公约数就是电子电荷e 。
对于一个带电油滴，若平衡电压为U ，油滴在平行板之间匀速下落l 距离所需时间为t ，则该油滴的电量可由下式计算：
()[]U t B t A ne Q 2
/31+== 其中：
())(1096.0218142/3SI d l g A -⨯==
ηρπ )(1018.2922SI l g p b B -⨯==ηρ
式中：51083.1-⨯=ηkg 11--⋅⋅s m (空气粘滞系数)
3/914.0cm g =ρ （油的密度）
Pa cm Hg P 51001325.176⨯=⋅= （标准大气压强）
Pa m cmHg m b ⋅⨯=⋅⨯=--361022.81017.6 （修正常数）
31000.5-⨯=d m (平行板间距)
280.9-⋅=s m g （重力加速度）
3105.1-⨯=l m (中间6格距离，每格0.025mm)
实验内容：
1．1．仪器调节，使油滴仪平行板电极处于水平状态。
2．2．选择油滴及控制油滴训练。
3．择合适的油滴进行测量。
要求选择5个不同油滴进行测量，每个油滴重复测量5次。
4．计算出各油滴所带电量，并求出电子电量，与公认值进行比较，求出相对误差。
注意事项：
1．首先调节油滴仪底座上的三只调平手轮，将水泡调至水平仪中央。
2．CCD 显微镜对焦不需用调焦针插在平行电极孔中来调节，只需将显微镜筒前端和底座前端对齐,喷油后再稍前后微调即可。
3．喷雾时，待喷雾器喷出油雾后再对准喷油孔（喷头不要深入喷油孔内），只需喷一下即可，防止油雾太多堵塞落油孔。
4．油滴仪面板上左边电键控制上极板电压极性。
右边电键处于中间位置为平衡档，可用电位器调节平衡电压；扳向上端为提升档；扳向下端极板上电压为0。
5．选择合适的油滴进行实验：平衡电压200V 左右，油滴匀速下落距离取中间六格，下落时间8-20s 为宜。
6．实验完毕应用酒精棉球擦净上极板及油雾室内的积油（在去掉油雾杯之前，应先关闭油滴仪电源，防止触电）。