油滴实验
油滴实验
密立根油滴法测电子电荷一、实验介绍杰出的美国物理学家密立根在1909年至1917年所做的测量微小油滴上带的电荷的工作，即所谓油滴实验。
在全世界是享负盛名的，堪称物理实验的典范.Millikan在这一实验工作中花费里近10年的心血，而取得了有重大意义的结果，那就是：(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=1.60⨯10-19库仑。
现公认e是基本电荷，对其值的测量测量精度不断提高，目前给出的最好结果为：e=(1.60217731±0.00000049)⨯10-19库仑。
正是由于这一实验成就，他荣获了1932年诺贝尔物理奖金。
八十多年过去了，物理学发生了根本的变化，而这个实验又重新站到了实验物理的前列。
近年来，根据这一实验的设计思想改进的用磁漂浮的方法测量分数电荷的实验，使古老的实验又焕发青春，也就更说明，Millikan油滴实验是富有巨大生命力的实验。
二、实验原理按油滴作匀速直线运动或静止两种运动方式分类，油滴法测电子电荷分为动态测量法和平衡测量法。
动态测量法考虑重力场中一个足够小油滴的运动，设此油滴半径为r，质量为m1，空气是粘滞流体，故此运动油滴除重力和浮力外还受粘滞阻力的作用。
由斯托克斯定律，粘滞阻力与物体运动速度成正比。
设油滴以匀速v f下落，则有(1)此处m2为与油滴同体积空气的质量，K为比例常数，g为重力加速度。
油滴在空气及重力场中的受力情况如图示。
若此油滴带电荷为q，并处在场强为E的均匀电场中，设电场力qE方向与重力方向相反，如图8.1.1-2所示，如果油滴以匀速v r上升，则有(2)由式（1）和（2）消去K,可解出q为：(3)由（3）式可以看出来，要测量油滴上的电荷q，需要分别测出m1，m2，E，v r，v f 等物理量。
由喷雾器喷出的小油滴半径r是微米量级，直接测量其质量m1也是困难的，为此希望消去m1,而带之以容易测量的量。
中南大学密立根油滴实验报告
中南大学密立根油滴实验报告中南大学密立根油滴实验报告密立根油滴实验是物理学中一项重要的实验，它由美国物理学家罗伯特·密立根于1909年发明。
该实验通过测量油滴在电场中的运动来确定电子的电荷量，并为原子结构的研究提供了重要的实验依据。
本文将介绍中南大学学生在密立根油滴实验中的研究成果和发现。
实验目的密立根油滴实验的主要目的是通过测量油滴在电场中的运动来确定电子的电荷量。
通过这个实验，我们可以了解原子结构和电子的性质，对于深入研究原子核的构成和性质具有重要意义。
实验原理密立根油滴实验基于油滴在电场中的运动。
实验中，我们使用一台特制的实验仪器，将油滴悬浮在空气中，并通过精细的调节使其保持静止。
然后，我们通过给油滴施加电场来观察油滴的运动情况。
根据电场的大小和方向，油滴会受到电场力的作用，从而产生加速度和运动。
实验步骤首先，我们使用特制的装置将油滴悬浮在空气中，并通过显微镜观察油滴的运动情况。
然后，我们调节电场的大小和方向，使得油滴在电场中保持静止。
接下来，我们测量电场的大小和油滴的质量，通过计算得到电子的电荷量。
最后，我们重复实验多次，取平均值，以提高实验结果的准确性。
实验结果通过多次实验和数据处理，我们得到了油滴的质量和电场的大小，进而计算出了电子的电荷量。
我们的实验结果与理论值非常接近，验证了密立根油滴实验的准确性和可靠性。
这一发现对于原子结构和电子性质的研究具有重要意义，为进一步探索原子核的构成和性质提供了重要的实验依据。
实验意义密立根油滴实验的成功开启了原子物理学的新篇章，为人们深入研究原子结构和电子性质提供了重要的实验方法和依据。
通过这个实验，我们可以更好地理解原子的组成和性质，为物理学的发展做出了巨大贡献。
结论中南大学学生在密立根油滴实验中取得了令人瞩目的成果。
通过精确的实验操作和数据处理，我们成功测量了电子的电荷量，并验证了密立根油滴实验的准确性和可靠性。
这一实验为原子结构和电子性质的研究提供了重要的实验依据，对于推动物理学的发展具有重要意义。
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
实验XX 密立根油滴实验油滴实验是近代物理学中测量基本电荷e （也称元电荷）的一个经典实验，该实验是由美国著名物理学家密立根（Robert A. Millikan ）经历十多年设计并完成的。
这一实验的设计思想简明巧妙、方法简单，而结论却具有不容置疑的说服力，因此堪称物理实验的精华和典范。
1908年，在总结前人实验经验的基础上，密立根开始研究带电液滴在电场中的运动过程。
结果表明，液滴上的电荷是基本电荷的整数倍，但因测量结果不够准确而不具说服力。
1910年，他用油滴代替容易挥发的水滴，获得了比较精确的测量结果。
1913年，密立根宣布了其开创性的研究结果，这一结果具有里程碑的意义：（1）明确了带电油滴所带的电荷量都是基本电荷的整数倍，（2）用实验的方法证明了电荷的不连续性，（3）测出了基本电荷值（从而通过荷质比计算出电子的质量）。
此后，密立根又继续改进实验，提高实验精度，最终获得了可靠的结果（经过很多次的实验，密立根测出的实验数据是e=1.5924(17)×10−19C ，这与现在公认的值相差仅1%），最早完成了基本电荷的测量工作。
这一结果再次证明电子的存在，使对“电子存在”的观点持怀疑态度的物理学家信服。
由于在测定基本电荷值和测出普朗克常数等方面做出的成就，密立根在1923年获得了诺贝尔物理学奖。
随着现代测量精度的不断提高，目前元电荷的公认值为e =（1.60217733±0.00000049）×10-19C 。
本实验采用CCD 摄像机和监视器，可非常清楚地看到钟表油油滴的运动过程，大大改善了实验条件，使测量结果更为准确。
【实验目的】1.学习用油滴实验测量电子电荷的原理和方法。
2.验证电荷的不连续性。
3.测量电子的电荷量。
4.了解CCD 摄像机、光学系统的成像原理及视频信号处理技术的工程应用等。
5. 训练学生在实验过程中严谨的态度、实事求是的作风。
【实验原理】密立根油滴实验测量基本电荷的基本设计思想是使带电油滴在两金属极板之间处于受力平衡状态。
密立根油滴实验实验报告
密立根油滴实验实验报告密立根油滴实验实验报告密立根油滴实验是由美国物理学家罗伯特·安德鲁斯·密立根于1909年提出的一种测量电子电荷量的方法。
该实验通过观察油滴在电场中的运动，推导出电子电荷的数值。
本实验旨在验证密立根的理论，并探究电子的基本性质。
实验器材：1. 密立根油滴实验装置2. 滴定器3. 油滴溶液4. 电源5. 电压表6. 显微镜7. 称量器实验步骤：1. 将实验装置搭建好，并将电源接通。
2. 使用滴定器滴入一滴油滴溶液到实验装置中。
3. 调节电压表，使电场形成。
4. 使用显微镜观察油滴在电场中的运动情况。
5. 记录电压表的读数和油滴的运动情况。
6. 重复以上步骤多次，取得一系列数据。
数据处理与分析：根据密立根的理论，油滴在电场中受到电场力和重力的作用，达到平衡时，电场力与重力相等。
根据这个原理，我们可以计算出电子电荷的数值。
首先，我们需要计算油滴的质量。
使用称量器测量油滴的质量，并记录下来。
然后，通过观察油滴在电场中的运动情况，我们可以得到电场力的大小。
根据电场力与重力相等的原理，我们可以得到如下公式：e = (6πηrv) / (gd)其中，e为电子电荷的数值，η为空气的粘度，r为油滴的半径，v为油滴的速度，g为重力加速度，d为油滴的密度。
通过多次实验，我们可以得到一系列的数据。
将这些数据代入公式中，计算出每次实验的电子电荷数值，并求其平均值。
最终，我们可以得到较为准确的电子电荷数值。
实验结果与讨论：根据实验数据的处理与分析，我们得到了电子电荷的数值。
与理论值进行比较后，可以发现实验结果与理论值较为接近，证明了密立根的理论的正确性。
通过密立根油滴实验，我们不仅验证了密立根的理论，还深入了解了电子的基本性质。
实验过程中，我们注意到油滴的半径对电子电荷的测量结果有较大影响。
较大的油滴半径会导致较小的电子电荷数值，较小的油滴半径则会导致较大的电子电荷数值。
因此，在实验中要尽量选择适当大小的油滴，以提高测量结果的准确性。
油滴实验实验报告数据
表面张力是描述油滴与介质界面相互作用的重要参数，对于理解油滴在介质中的稳定性具有重要意义。
详细描述
在实验中，我们通过观察油滴在不同介质中的形状变化，测量得到了油滴的表面张力。表面张力的大 小直接影响到油滴的形状和稳定性。通过研究表面张力，我们可以更好地理解油滴在介质中的行为和 变化。
05
数据分析与结论
学习测量油滴的物理性质
学习使用实验设备测量油滴的直径、 质量、密度等物理参数。
掌握测量油滴物理性质的方法和技巧， 提高实验操作技能。
掌握实验操作流程
掌握实验操作要点和注意事项，确保实验结果的准确 性和可靠性。
熟悉实验操作流程，包括油滴制备、观察、测量和数 据记录等步骤。
通过本次实验，我们深入了解了油滴实验的原理和油 滴的物理性质，掌握了实验操作流程和方法。这些知 识和技能将有助于我们更好地理解和应用相关的物理 概念，提高我们的实验操作能力和科学素养。
数据记录与整理
1
详细记录实验过程中观察到的油滴行为和运动情
况。
2
将实验数据整理成表格或图表形式，以便进行数 据分析。
3
分析实验数据，得出结论并解释油滴行为的原理。
04
实验结果
油滴的形状和大小
总结词
油滴的形状和大小是实验观察的重要指标，它们受到多种因素的影响。
详细描述
在实验过程中，我们观察到了不同形状的油滴，包括球形、椭球形、扁平形等。 油滴的大小则通过显微镜的测量来确定，其范围从几微米到几百微米不等。油滴 的形状和大小受到表面张力、粘度、重力和电场等多种因素的影响。
油滴的密度和粘度
总结词
密度和粘度是描述油滴物理特性的重要参数，对于理解油滴在介质中的运动行为至关重要。
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（完整版）报告
1.2 密立根油滴实验密立根油滴实验，美国物理学家密立根（Millike ）所做的测定电子电荷的实验。
1907-1913年密立根花7年时间，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。
此实验在近代物理学发展过程中具有重要意义，密立根也因此于1923年获得了诺贝尔物理学奖。
密立根的实验装置随着技术的进步而得到了不断的改进，但其实验原理至今仍在当代物理科学研究的前沿发挥着作用，油滴实验中将微观量测量转化为宏观量测量的巧妙设想和精确构思，以及用比较简单的仪器，测得比较精确而稳定的结果等都是富有启发性的。
1.2.1实验要求1．实验重点① 验证电荷的不连续性及学习如何测量基本电荷电量； ② 学习了解CCD 图象传感器的原理与应用； ③ 学习电视显微测量方法。
2．预习要点① 对实验结果造成影响的主要因素有哪些？② 如何判断油滴盒内平行极板是否水平？不水平对实验结果有何影响？ ③ CCD 成像系统观测油滴比直接从显微镜中观测有何优点？1.2.2 实验原理一个质量为m ，带电量为ｑ的油滴处在二块平行极板之间，在平行极板未加电压时，油滴受重力作用而加速下降，由于空气阻力的作用，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f a V rg =6πη式中η是空气的粘滞系数，ａ是油滴的半径，这时有6πηa V mg g = （１）当在平行极板上加电压V 时，油滴处在场强为Ｅ的静电场中，设电场力q Ｅ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Ｖｅ，则有：mg qE V a g -=ηπ6 （２）又因为 Ｅ＝Ｖ／ｄ （３）图2图1由上述（１）、（２）、（３）式可解出 q mgdVV V V g e g=+⎛⎝ ⎫⎭⎪⎪ （４） 为测定油滴所带电荷ｑ，除应测出Ｖ、ｄ和速度Ｖｅ、Ｖｇ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m a =433/πρ （５） 式中ρ是油滴的密度。
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苏州大学物理实验教学中心
电磁学实验
【实验内容】
1、油滴仪水平调节
调节油滴仪底座的三个支撑 螺丝，使油滴仪上水平仪的气泡 移到中心。
苏州大学物理实验教学中心
电磁学实验
【实验内容】
2、寻找合适油滴
调节平衡电压初始 值为200伏左右，平衡 开关置于中间。 打开油雾室开关， 使油雾室中心向下通道 畅通。 将喷雾器对准油雾 室边上的孔喷射油滴， 连喷三到四次，调节显 微镜手轮，在屏幕上找 到适当明亮并移动缓慢 的油滴。
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电磁学实验
【数据记录及处理】
将测出的平衡电压和下落时间输入到计算机中，用数据处 理软件进行处理，并将处理结果抄写到上页表格中。
实验条件及实验参数 钟油密度（20℃） 重力加速度 空气粘度（20℃） 空气粘度修正系数 标准大气压 油滴下降距离 平行极板间距 电子电量公认值 1cmHg =1.3×103Pa ρ g η b p l d e 981kg· m-3 9.79m· s-2 1.83×10-5kg· m-1· s-1 6.17×10-6m· cmHg 76.0cmHg 1.5×10-3m 5.00×10-3m
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电磁学实验
【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。 将平衡开关推向前面，油滴向上运动，到达上面时平衡 开关回到中间，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 颗油滴反复测量5次，并测量3颗不同油滴。
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电磁学实验
【实验仪器】
2、电视显示器
显示器屏幕上的线 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。 苏州大学物理实验教学中心
1.60×10-19C
苏州大学物理实验教学中心
电磁学实验
注意事项
油滴实验
1、油滴仪通电情况下不得触及平行电极，避免发生电 击。 2、每次重复测量时都要重新测量平衡电压。 3、实验前必须调节水准泡。
4、喷雾器在喷油或存放时都应保持出油口朝上，对喷
雾器要轻拿轻放。
苏州大学物理实验教学中心
苏州大学物理实验教学中心
电磁学实验
【数据记录及处理】
第一颗油滴 平衡电压 U/V 下落时间 t/S 第二颗油滴 平衡电压 U/V 下落时间 t/S 第三颗油滴 平衡电压 U/V 下落时间 t/S
1 2 3 4 5 q/C n
e/C
/C 误差: %
其中q是油滴的带电量，n是油滴带电子数量，e是电子电量。
苏州大学物理实验教学中心
电磁学实验
【实验内容】
2、初步测量
平衡电压初测：调节平衡电压使油滴 保持基本静止，观察平衡电压值，该电压 应在100V～300V之间。 下落时间初测：计时器应处于停止状 态，继续调节电压使油滴移到坐标上面的 第二条水平线上(起跑线)，将平衡开关从 中间扳向身边，此时极板上电压为零，计 时器开始计时，油滴即以匀速(经极短暂的 加速过程)向下运动。油滴运动至坐标下面 倒数第二条水平线上(终点线)时将平衡开 关回到中间，电压恢复运动前的平衡电压， 油滴停止运动，计时器停止计时，此时计 时器的记录值应在4～15秒之间。 如记录到的平衡电压和下落时间超出 规定范围，则放弃该油滴，重新寻找新的 油滴进行测量。
量出普朗克常数等项成就，荣获1923年诺 贝尔物理学奖。
Robert Andrews Millikan
苏州大学物理实验教学中心
电磁学实验
【实验目的】
1、了解油滴实验的方法和特点． 2、利用电视显微密立根油滴仪测量电子电荷， 验证电荷的不连续性． 3、了解CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合 器件)、图像传感器的原理与应用，学习电视
电磁学实验
油滴实验
苏州大学物理实验教学中心
电磁学实验
【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
苏州大学物理实验教学中心
电磁学实验
【实验原理】
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
l vg t
d 18 l q 2 g t 1 b V Pa
3 2
上式即为静态法测油滴电荷的公式。 为了求电子电荷e，对实验测得的多个油滴的电荷q 求最大公约数，得到基元电荷值，也就是电子电荷e 。 苏州大学物理实验教学中心
电磁学实验
【实验仪器】
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。
苏州大学物理实验教学中心
电磁学实验
【实验仪器】
4、喷雾器及喷雾器杯子
喷雾器使用时或闲置时必 须保持油滴出口处始终朝上, 不得横在桌上或倒置在杯中, 以防止油直接流出来。使用过 程中要轻拿轻放，避免碰碎喷 雾器。
电磁学实验
【实验仪器】
1、密立根油滴仪
极性：选择电极间电场方向，可 选“+”或“-”，实验时保持不变。 平衡：通常置于中间，扳向身边 开始计时，回到中间计时结束。 推向前面可使油滴向上运动。 联动：扳向身边，保持计时器与 平衡开关联动状态。 计时停：当不需要计时而正在计 时，可按此按钮使计时器停止， 无需清零。 平衡电压：调节此旋钮可改变电 极之间的电压。
9 v g a 2 g
苏州大学物理实验教学中心
电磁学实验
【实验原理】
对半径小到10－6m 的小球，空气的粘滞系数应作如下修正：
1 b Pa
6av g 这时斯托克斯定律应为: f r b 1 Pa
式中常数b=6.17×10-6m· cmHg，P为大气压强，这时
9 v g 1 a 2 g 1 b Pa
【实验原理】
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，将以均 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：
mg f r 6av g
式中η是空气的粘滞系数， a 是油滴半径(≈ 10－6m)。
4 3 m a 3
显微测量方法．
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电磁学实验
【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d Nhomakorabeag qE V
V mg qE q d
式中d为两极板之间的距离。 苏州大学物理实验教学中心
电磁学实验