密立根油滴实验原理
密立根油滴实验
密立根油滴实验一、实验目的：1. 掌握用平衡法测电子电荷的方法。
2. 证明电荷的不连续性，测定基本单位电荷值的大小。
二、实验原理：将油滴用喷雾器喷入电压为U ，距离为d 的两平行板之间，如图1。
图1由于油滴带有电荷，调节两平行板电压U ，可以使油滴静止。
设其电量为q ，质量为m ，此时有：dU qqE mg == （1）如果知道了U ，d ，m ，则可以求出油滴电量q 。
其中U ，d ，可以直接由仪器上读出，但是质量m 不易直接测量，一般采用如下方法测量：若U=0，即平行板不加电压，油滴受重力作用加速下降。
由于空气阻力r f 的作用，油滴下降一段距离之后以速度g v 匀速下降，此时，阻力r f 与重力mg 平衡，如图2（空气浮力忽略不计），即：mg av f g r ==πη6 （2）其中，η是空气的粘滞系数，a 是油滴的半径。
图2+-重力mg空气浮力fr f设油滴的密度为ρ，油滴的质量m 可以用下式表示：ρπ334a m =（3）由（2）、（3）式得到油滴的半径gv a g ρη29=（4）对于半径小到10-6米的小球，空气的粘滞系数η应作如下修正：pab +='1ηη （5）其中，b 是修正系数，b=6.17×10-6m ·厘米汞柱，p 为大气压强，单位用厘米汞柱。
则)1(29pa b v a g +=ρη （6）其中，修正项中的油滴半径a 可以用（4）去计算。
将（6）式代入（3）式，得ρρηπ23)1(2934⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+=pa b v m g （7） 当两极板之间的电压为零时油滴匀速下降的速度g v 可以用下面的方法测出：设油滴匀速下降的距离为l ，时间为t ，则tl v g =（8）将（8）式代入（7）式，然后将结果代入（1）式，得U d pa b t lg q 23)1(218⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+=ηρπ （9）三、实验仪器：MOD-V 型 密立根油滴仪。
密立根油滴实验报告
密立根油滴实验实验报告密立根（likan ）在1910-1917年的七年间，致力于测量微小油滴上所带电荷的工作，这即是著名的密立根油滴实验，它是近代物理学发展过程中具有重要意义的实验。
密立根经过长期的实验研究获得了两项重要的成果：一是证明了电荷的不连续性。
即电荷具有量子性，所有电荷都是基本电荷e 的整数倍；二是测出了电子的电荷值—即基本电荷的电荷值1910)002.0602.1(-⨯±=e 库仑。
本实验就是采用密立根油滴实验这种比较简单的方法来测定电子的电荷值e 。
由于实验中产生的油滴非常微小（半径约为910-m ，质量约为1510-kg ），进行本实验特别需要严谨的科学态度、严格的实验操作、准确的数据处理，才能得到较好的实验结果。
【实验目的】1. 验证电荷的不连续性，测定基本电荷的大小。
2 . 学会对仪器的调整、油滴的选定、跟踪、测量以及数据的处理。
【实验仪器】密立根油滴仪，显示器，喷雾器，钟油 【实验仪器介绍】密立根油滴仪包括油滴盒、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、喷雾器等部分组成。
MOD-5型油滴仪的外形以实验装置图如图1所示，其改进为用CCD 摄像头代替人眼观察，实验时可以通过黑白电视机来测量。
图1 MOD5型油滴仪油滴盒是由两块经过精磨的平行极板（上、下电极板）中间垫以胶木圆环组成。
平行极板间的距离为d 。
胶木圆环上有进光孔、观察孔和石英窗口。
油滴盒放在有机玻璃防风罩中。
上电极板中央有一个φ0.4mm 的小孔，油滴从油雾室经过雾孔和小孔落入上下电极板之间，上述装置如图2所示。
油滴由照明装置照明。
油滴盒可用调平螺丝调节，并由水准泡检查其水平。
电源部分提供四种电压（1）2.2伏特油滴照明电压。
（2）500伏特直流平衡电压。
该电压可以连续调节，并从电压表上直接读出，还可由平衡电压换向开关换向，以改变上、下电极板的极性。
换向开关倒向“+”侧时，能达到平衡的油滴带正电，反之带负电。
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·密立根于1909年提出的一种重要的实验方法，通过该实验可以精确地测定电子的电荷量。
它对于验证物理定律和揭示原子结构的重要性被广泛认可，并为密立根赢得了1923年的诺贝尔物理学奖。
该实验通过将一个小滴油悬浮在一个恒定的电场中，来测量油滴所带电荷的绝对值。
实验过程涉及到电场的产生、实验器材的准备、实验条件的控制，以及数据记录和分析。
首先，电场的产生是实验的基础。
通过两个平行的金属板，施加不同电势差来建立电场。
金属板通常选用导电性良好的材料，如铝。
这两块金属板之间的间距应足够小，以保持电场的均匀性。
电源用来提供所需的电势差，并通过外部电路连接到金属板上。
接下来，我们需要准备一个适合的实验器材。
一个重要的工具是显微镜，用于观察和测量油滴的运动。
油滴可以通过雾化器在容器中生成，然后通过一个小孔喷射到金属板之间的电场区域。
在接触之前，油滴应先进行充分的电离，以确保带有单个电荷。
此外，还需要实验平台、玻璃仪器和电荷计等设备。
在实验开始之前，需要确保实验环境的稳定性和准确性。
这包括控制温度和湿度，以及消除空气中的颗粒物等可能影响实验结果的因素。
调整电场的强度和方向，使油滴可以平稳地悬浮在电场中。
实验过程中，需要对油滴的运动轨迹进行观测和记录。
通过显微镜观察油滴在电场中的上升或下降运动，并测量其运动时间和距离。
根据物理定律，可以通过油滴的运动速度和电场强度来计算油滴所带电荷的绝对值。
通过反复实验并记录数据，我们可以得到多组数据用于平均值的计算。
合理地利用数据处理和统计方法，可以减小误差，提高实验的精确度。
除了基本的测量电荷量的应用，密立根油滴实验还可以通过改变实验条件，研究其他参数对电荷量的影响。
例如，可以在不同电场强度下测量油滴的电荷量，并验证库仑定律的适用范围。
此外，可以控制油滴的电荷量和质量，进一步研究电荷-质量比，从而得到电子的质量。
密立根油滴实验报告
密立根油滴实验——电子电荷的测量【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，并测定电荷的电荷值e 。
2.通过实验过程中，对仪器的调整、油滴的选择、耐心地跟踪和测量以及数据的处理等，培养学生严肃认真和一丝不苟的科学实验方法和态度。
3. 学习和理解密立根利用宏观量测量微观量的巧妙设想和构思。
【实验原理】1.静态（平衡）测量法用喷雾器将油滴喷入两块相距为d 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 ，所带的电量为q ，两极板间的电压为V ，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) 为了测出油滴所带的电量q ，除了需测定平衡电压V 和极板间距离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 ν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。
此时有：mg v a f g r ==ηπ6 (2)其中η是空气的粘滞系数，是a 油滴的半径。
经过变换及修正，可得斯托克斯定律：pab v a f gr +=16ηπ (3) 其中b 是修正常数， b=6.17×10-6m ·cmHg,p 为大气压强，单位为厘米汞高。
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t ，则gg t lv =(4) 最后得到理论公式：V d pa b t lg q g 23)1(218⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+=ηρπ (5) 2.动态（非平衡）测量法非平衡测量法则是在平行极板上加以适当的电压V ，但并不调节V 使静电力和重力达到平衡，而是使油滴受静电力作用加速上升。
由于空气阻力的作用，上升一段距离达到某一速度υ 后，空气阻力、重力与静电力达到平衡（空气浮力忽略不计），油滴将匀速上升，如图 3 所示。
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
密立根油滴实验报告
密立根油滴实验——电子电荷的丈量之巴公井开创作【实验目的】1.通过对带电油滴在重力场和静电场中运动的丈量，验证电荷的不连续性，并测定电荷的电荷值e 。
2.通过实验过程中，对仪器的调整、油滴的选择、耐心地跟踪和丈量以及数据的处理等，培养学生严肃认真和一丝不苟的科学实验方法和态度。
3.学习和理解密立根利用宏观量丈量微观量的巧妙设想和构思。
【实验原理】1.静态（平衡）丈量法用喷雾器将油滴喷入两块相距为d 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 ，所带的电量为q ，两极板间的电压为V ，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：dV qqE mg == (1)为了测出油滴所带的电量q ，除了需测定平衡电压V 和极板间距离d 外，还需要丈量油滴的质量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 ν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。
此时有：mgv a f g r ==ηπ6 (2)其中η是空气的粘滞系数，是a 油滴的半径。
经过变换及修正，可得斯托克斯定律：pab v a f gr +=16ηπ (3)×10-6m ·cmHg,p 为大气压强，单位为厘米汞高。
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t ，则gg t l v =(4)最后得到理论公式：V d pa b t lg q g23)1(218⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+=ηρπ (5)2.动态（非平衡）丈量法非平衡丈量法则是在平行极板上加以适当的电压V ，但其实不调节V 使静电力和重力达到平衡，而是使油滴受静电力作用加速上升。
由于空气阻力的作用，上升一段距离达到某一速度υ 后，空气阻力、重力与静电力达到平衡（空气浮力忽略不计），油滴将匀速上升，如图 3 所示。
实验七 密立根油滴实验
实验五密立根油滴实验【预习重点】1、了解密立根实验思想的发展过程。
2、了解显微摄像油滴仪的原理、结构和操作方法。
3、了解非整最大公约数的数值求解方法。
【实验目的】1、学习密立根的敬业创新精神，学做一个有心人。
2、尝试用现代化测量仪器计算手段研究经典课题，实测基本电荷e 。
3、培养耐心细致的工作风格和技巧。
【学史背景】密立根（Robert Andrews Millikan, 1868-1953）出身贫寒，上学较晚，除希腊语和数学外几乎没有什么特长。
一个偶然的机会使他投身物理学，那是在奥伯林学院大二即将结束的时候，协助老师给预科班开设基础物理课。
密立根刻苦钻研教学，在课堂上经常采用生动的演示实验，比之教授们的照本宣科大受欢迎。
他本科毕业后一边教学一边自修硕士学位，之后获奖学金赴哥伦比亚大学攻读博士，继而到欧洲留学；返美后应迈克耳孙之邀到芝加哥大学任教。
而立之年的密立根，教学工作非常优秀，科学研究尚未起步。
为此他很着急，决心向科学前沿出击。
J.J.汤姆孙1897年发现电子的论文给了他极大启发，他选定基本电荷的测量作为科研切入点。
因研究气体导电获1906年度诺贝尔物理奖的J.J. 汤姆孙爵士（Sir Joseph John Thomson, 1856-1940）并不擅长实验技术，但思路敏锐善于设计，在同事和学生协助下完成了许多精采实验。
他证明了阴极射线是带负电的粒子流，这种粒子的尺度远小于分子原子，他将之命名为电子（electron），还测算了电子荷质比。
接下来的工作就是要确定电子带电量，许多学者投入这项工作。
著名科学家卢瑟福的赞赏激发了密立根的创新灵感，密立根在改进别人的云室法时突发奇想：为使云雾稳定不动，可否加上一个与重力反向的电场力？结果大出所料，雾粒在很短时间内以不同速度散得一干二净。
失败了吗？否！密立根从意外现象的背后看到出路，一举创造了测量单个带电液滴的著名实验方法，以确凿的数据证明了电荷的量子性，荣获1923年度诺贝尔物理奖。
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。
实验报告---密立根油滴实验
浙江大学宁波理工学院物理实验报告一、实验名称：密立根油滴实验测电子电荷e二、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，并测定电子电荷的电荷值e。
2、通过实验过程中，对仪器的调整、油滴的选择、耐心地跟踪和测量以及数据的处理等，培养学生严肃认真和一丝不苟的科学实验方法和态度。
3、学习和理解密立根利用宏观量测量微观量的巧妙设想和构思。
三、仪器用具：密立根油滴实验仪四、实验原理：动态测量法假设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1m ，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。
设油滴以速度f v 匀速下落，则有12f m g m g Kv -=（1）此处2m 为与油滴同体积的空气质量，K 为比例系数，g 为重力加速度。
油滴在空气及重力场中的受力情况如图1所示：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2所示，如果油滴以速度rv 匀速上升，则有 12()fqE m m g Kv =-+ （2）g m 2f Kv gm 1qEg m 2r Kv gm 1由式（1）和（2）消去K ，可解出q 为12()()f r fm m g q v v Ev -=+ （3） 由式（3）可以看出，要测量油滴上携带的电荷q ，需要分别测出1m 、2m 、E 、f v 、r v 等物理量。
由喷雾器喷出的小油滴的半径r 是微米数量级，直接测量其质量1m也是困难的，为此希望消去1m ，而代之以容易测量的量。
设油与空气的密度分别为1ρ、2ρ，于是半径为r 的油滴的视重为π=-3421g m g m g r )(213ρ-ρ （4） 五、 实验内容：学习控制油滴在视场中的运动，并选择合适的油滴测量元电荷。
要求至少测量5个不同的油滴，每个油滴的测量次数应在3次以上。
1、 调整油滴实验仪①水平调整调整实验仪底部的旋钮(顺时针仪器升高，逆时针仪器下降)，通过水准仪将实验平台调平，使平衡电场方向与重力方向平行以免引起实验误差。
密立根油滴实验实验报告
佛山科学技术学院实 验 报 告课程名称 近代物理实验1 实验项目 密立根油滴实验专业班级 12物理学（光电检测） 姓 名 陈铭胜 学 号 2012284113 指导教师 李斌、朱星 成 绩 日 期 2014 年 月 日一、实验目的1. 理解密立根油滴实验测量基本电荷的原理和方法。
2. 验证电荷的不连续性，并测量基本电荷的电量。
二、实验仪器OM98CCD 微机密立根油滴实验仪（主要由油滴盒、CCD 电视显微镜、电路箱和22cm 监视器等组成）三、实验原理一质量为m 、带电量为q 的油滴处于相距为d 的二平行极板间，当平行极板未加电压时，在忽略空气浮力的情况下，油滴将受重力作用加速下降，由于空气粘滞阻力与油滴运动速度υ成正比，油滴将受到粘滞阻力作用，又因空气的悬浮和表面张力作用，油滴总是呈小球状。
根据斯托克斯定理粘滞阻力可表示为ηυπa f r 6=式中：a 为油滴半径；η为空气的粘滞系数。
当粘滞阻力与重力平衡时，油滴将以极限速度υd匀速下降，如图1所示。
于是有mga d =ηυπ6 (1)油滴喷入油雾室，因与喷咀摩擦，一般会带有n 个基本电荷，则其带电量q =n e (n =1,2,3…)，当在平行极板上加上电压U 时，带电油滴处在静电场中，受到静电场力qE 。
当静场电力与重力方向相反且使油滴加速上升时，油滴将受到向下的粘滞阻力。
随着上升速度的增加，粘滞阻力也增加。
一旦粘滞阻力、重力与静电力平衡时，油滴将以极限速度υu 匀速上升，如图2所示。
因此有d UqqE a mg d ==+ηυπ6 (2) 由式（1）及式（2）可得⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=d u d u u u Ud mgq (3)实验报告内容：一.实验目的 二.实验仪器（仪器名称、型号、参数、编号） 三.实验原理（原理文字叙述和公式、原理图） 四.实验步骤 五、实验数据和数据处理 六.实验结果 七.分析讨论（实验结果的误差来源和减小误差的方法、实验现象的分析、问题的讨论等） 八.思考题 图1 油滴受力图设油滴密度为ρ，其质量为334a m ρπ=(4)由式（1）、（4），得油滴半径 2129⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ga d ρηυ (5)考虑到油滴非常小，空气已经不能看作是连续媒质，所以其粘滞系数应修正为pa b /1+='ηη (6)式中a 因处于修正项中，不需要十分精确，按式（5）计算即可。
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密立根油滴实验——电子电荷的测量
【实验原理】
1. 静态（平衡）测量法
用喷雾器将油滴喷入两块相距为d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，所带的电量为q，两极板间的电压为
V ，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：
d
V
qqEmg
(1)
为了测出油滴所带的电量q，除了需测定平衡电压V 和
极板间距离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
后，阻力rf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。此时有：
mgvafgr6
(2)
其中是空气的粘滞系数，是a油滴的半径。经过变换及
修正，可得斯托克斯定律：
pa
b
vafgr16
(3)
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可编辑
其中b是修正常数， b=6.17×10-6m·cmHg,p为大气
压强，单位为厘米汞高。
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tg，
则 ggtlv (4)
最后得到理论公式：
V
dpabtlgqg23)1(218
(5)
1
2
92gv
ag
空气粘度：=1.8310-5pa·s
升降路程：l=210-3m
油滴密度：=981kg·m-3（20℃）
重力加速度：g=9.7986m·s
-2
电极距离： d=5.0010-3m
修正常数：b=6.1710-6m·cmHg
大气压强：p=69.0cmHg
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可编辑
由以上数据带入公式得：
14321.4310(10.02)ggqVtt