密里根油滴仪

1、 实验二十七实验二十七 密里根油滴仪测电子电荷密里根油滴仪测电子电荷Experiment 34 Determining electron charge using the Millikan oil-drop apparatus 美国物理学家密立根（美国物理学家密立根（R.R.、A A、MillikanMillikan）从）从19091909到到19171917年所做的测年所做的测量微小油滴上所带电荷的工作，即所量微小油滴上所带电荷的工作，即所谓油滴实验，在全世界久负盛名，堪谓油滴实验，在全世界久负盛名，堪称实验物理的典范。他精确的测定了称实验物理的典范。他精确的测定了电子电荷的值，直接证实了电

2、荷的不电子电荷的值，直接证实了电荷的不连续性，所以说，密立根油滴实验在连续性，所以说，密立根油滴实验在物理学发展史上具有重要的意义。物理学发展史上具有重要的意义。 历史背景及意义历史背景及意义 一个电子所带的电荷量是现代物理学重要的基本常数之一。 1897年汤姆逊测定了阴极射线的荷质比，证实了阴极年汤姆逊测定了阴极射线的荷质比，证实了阴极射线是带电荷有质量的离子，从而证实了电子的存在。射线是带电荷有质量的离子，从而证实了电子的存在。美国杰出的物理学家密立根，从美国杰出的物理学家密立根，从1906年起就致力于细小年起就致力于细小油滴带电量的测量，他用了油滴带电量的测量，他用了11年时间，经过多次

3、重大改年时间，经过多次重大改进，终于以上千个油滴的确凿实验数据得出基本电荷的进，终于以上千个油滴的确凿实验数据得出基本电荷的电量电量e=(1.59240.0017)10-19C，首先直接证实了电，首先直接证实了电荷的量子性，即任何电量都是基本电荷的整数倍，这个荷的量子性，即任何电量都是基本电荷的整数倍，这个基本电荷就是电子所带的电荷，密立根因测出电子电荷基本电荷就是电子所带的电荷，密立根因测出电子电荷及其他方面的贡献，荣获及其他方面的贡献，荣获1923年度诺贝尔物理奖。年度诺贝尔物理奖。 1. 利用电视显微密立根油滴仪测量电子电荷利用电视显微密立根油滴仪测量电子电荷 本实验要求采用静本实验要求

4、采用静 态（平衡）法。态（平衡）法。 【实验目的】【实验目的】 experiment goal2. 了解了解CCD图像传感器的原理与应用，学习图像传感器的原理与应用，学习 电视显微测量方法。电视显微测量方法。CCD，是英文Charge Coupled Device的缩写，即电荷耦合器件，CCD使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变出信号电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。CCD图像传感器

5、图像传感器静态静态(平衡平衡)测量法测量法: 一个质量为一个质量为m带电量为带电量为q的油滴处在两块平的油滴处在两块平行极板之间，行极板之间，【实验原理】【实验原理】 Experiment principium1、平行极板之间加上电压时，、平行极板之间加上电压时，调节两极板间的电压调节两极板间的电压UdUqqEmg（1）Udmgq 2、在平行极板未加电压时，、在平行极板未加电压时，油滴受重力作用而加速下降。由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，速度离后，油滴将作匀速运动，速度为为vg。这时重力与阻力平衡（空。这时重力与阻力

6、平衡（空气浮力忽略不计），根据斯托克气浮力忽略不计），根据斯托克斯定律，粘滞阻力为斯定律，粘滞阻力为 式中，式中，是空气的粘滞系数，是空气的粘滞系数， a是油滴的半是油滴的半径。这时有径。这时有 mgvafgr6（2）由质量、体积与密度的关系有334mgvg29（3）由（由（2）与（）与（3）对于半径小到对于半径小到10-6米的小球，空气的粘滞系数米的小球，空气的粘滞系数应作如下修正应作如下修正（4）pabgvg1129（5）由（由（3）与（）与（5）有）有23112934pabgvmg（6）lgt当两极板间的电压V为零时，设油滴匀速下降的距离为 时间为 ，有ggtlv （7）由（由（1）、（

7、）、（6）与（）与（7）有）有Udpabtlgqg231218（8）油滴的半径 由(4)式计算 将将已知数据已知数据代入公式（代入公式（8）得）得Uttqgg102. 011043. 12314P208（15）电视显微油滴仪电视显微油滴仪:油滴仪油滴仪1. CCD成像系统成像系统【实验仪器】【实验仪器】 Experiment apparatus实验用油和喷油装置实验用油和喷油装置 密立根油滴仪密立根油滴仪 显示器显示器 每格0.5mm【实验步骤】【实验步骤】 Experiment step（一）仪器的检查调整（一）仪器的检查调整1. 将仪器放平稳，调整仪器油滴盒处于水平状态。将仪器放平稳，调整

8、仪器油滴盒处于水平状态。2. 检查油滴盒或油雾室是否擦拭干净，特别注意检查油滴盒或油雾室是否擦拭干净，特别注意油滴盒上电极板中央的小孔保持畅通。油滴盒上电极板中央的小孔保持畅通。3. 打开监视器和油滴仪的电源，在监视器上显示打开监视器和油滴仪的电源，在监视器上显示 出分划板刻度线及电压和时间值。出分划板刻度线及电压和时间值。4. 利用喷雾器向油雾室喷油。转动显微镜的调焦手轮，利用喷雾器向油雾室喷油。转动显微镜的调焦手轮，使显微镜聚焦，屏幕上出现清晰的油滴图像。使显微镜聚焦，屏幕上出现清晰的油滴图像。（二）油滴的选择与测量练习（二）油滴的选择与测量练习 能够选择合适的油滴和准确地操作测量油滴运动

9、能够选择合适的油滴和准确地操作测量油滴运动是顺利作好本实验的关键。是顺利作好本实验的关键。1、置、置“平衡平衡”档，调节档，调节w板极电压为板极电压为250V左右。左右。喷射油雾，缓慢调节显微镜头前后移动，观察监视喷射油雾，缓慢调节显微镜头前后移动，观察监视器是否有油滴运动。器是否有油滴运动。4、油滴静止平衡调控与下落起点的调控。、油滴静止平衡调控与下落起点的调控。 A.调节调节w板极电压板极电压，使油滴经过一段时间确实，使油滴经过一段时间确实不再移动。不再移动。 B.用用“升降升降” 和和“测量测量”开关开关将油滴移至下将油滴移至下落的起始刻度线上，落的起始刻度线上，3、选择一个运动慢的油滴（满足、选择一个运动慢的油滴（满足ABC） A.置置“升降升降”档，油滴快速上升，档，油滴快速上升，B.按下极性按下极性，油滴快速下降，油滴快速下降，C.恢复到恢复到“平衡平衡”档和档和“极性极性”，按下，按下“测量测量”，油滴慢速下降，恢复，油滴慢速下降，恢复“测量测量”档档。（三）正式测量（三）正式测量将已调平衡的油滴用控制开关移到将已调平衡的油滴用控制开关移到“起落起落”线上，然线上，然后后按下按下“测量测量”档档，油滴开始匀速下落的同时，计时，油滴开始匀速下落的同时，计时器开始计时。到器开始计时。到“终