密立根油滴实验报告

【摘要】根据密立根油滴实验原理测定了油滴带电量q，基于电量量子化理论，通过计算不同q值的最大公约数，得出了基本电荷量e的大小，与精确值的最小相对误差为0.18%，十分接近。【关键词】油滴；匀速运动；量子化密立根油滴实验是一个非常著名的经典物理实验，其重要意义在于它直接地显示出了电量的量子化，并最早测定了电量的最小单位——基本电荷电量e，即电子所带电量。这一成就大大促进了人们对电和物质结构的研究和认识。油滴实验中将微观量测量转化为宏观量测量的巧得到了不断的改进，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，例如，科学密立根油滴仪测量油滴电量，进而根据电量量子化理论得出基本电荷量e。掌握用油滴法测量基本电荷量的方法，并测定基本电荷量；OM98型CCD微机密立根油滴仪一台，喷雾器一个。油滴仪主要由油滴盒、CCD摄像显微镜、电路箱、监视器等组成，如图2-1所示。图2-1油滴仪的结构油滴盒的结构如图2-2所示。中间是两块圆形平行极板，间距为d，放在有机玻璃防风罩中。上极板中心有一0.4mm的小孔。喷雾器通过喷雾口将油滴喷入油雾室，油滴在被喷出时因摩擦而带电。油滴经油雾孔、上极板中心小孔进入上下极板之间，由发光二极管照明。防风路提供电子分划刻度板，并显示于监视器屏幕上，垂直方向共8小格，每一格相当于0.25mm，用于标定油滴匀速运动时的距离S.图2-2油滴盒的结构电路箱有两只控制平行平板电压的三档开关，K1控制上极板电压极性，K2控制上极板电压大小。K2置于平衡档时，可用平衡电压电位器在0~500V之间调节直流平衡电压，并由监视 如图3-1所示，一个质量为m，带电量为q的油滴处在两块平行极板之间，平行极板未加电压F Frg，Frg6rvrr 2g qq18 2 d 3 gF

F

F

F

mg4

3r3g，F46rv

其中η为空气粘滞系数，r为油滴半径。由以上二式可得：

3

g

F FF

F

F

F3是电场力，F

Vd

1pr

rg6rv 其中，其中，r 在两板间加适当电压V，但并不调节V使油滴静止，而是使油滴在电场力的作用下匀速上F FF

F

F

F

qd

。 0V 时间时间tE。测完t 静态法（需测平衡电压V和下落时间tg）c.测量油滴匀速下落经过选定测量距离所需的时间tg；d.测量完一次后，把开关拨至“平衡”，作好记录后，再把开关拨至“提升”，使油滴回到原来 动态法（需测上升电压V，下落时间tg和上升时间tE）计算电量q时需用的参数值： 油的密度：1.013105Parr qq18 2 d 空气密度：1.293kg/m2 大气压强：p1.013105Pa 空气粘滞系数：1.83105kg/m•s 重力加速度：g9.810m/s2 平行极板间距离：d6103miqiqiqieqi 实验测得不同油滴平衡电压及下降时间如表格1所示：

2g2

1 3

A32pr实验中取Sg1.25mm。 t r

(s)4055（10－5m/s）0.630.901.01.964.345.080.310.401.453.599.911.1170.130.469.902.913.063.21.154.972.866.840.871.22537（10－5m/s）847297880757163063970768620

（10－7m）13.3664756141458787019

（10－19C）733020850099453220SS5.7454.23010 C1.5151019C，则nrr 2g qq18d2

55

650

64

45

q q1.5211.4101.5051.4461.5331.5001.4361.7081.5781.580eei10=1.5271×10-19C

1.60221.52711019

100%5.0%2实验中取SS1.25mmg

，v

2

vvg

1

A32pr

r

(V) (s) （10－5m/s）（10－5m/s）(s) （10－5m/s）（10－5m/s）（10－7m） 1019

5.475.565.486.306.266.365.955.955.9619.696.345

22.71519.82121.0006.37276.37016.15529.829.8725.584.887

6.408711.65512.4908.90375.67595.0766

13.9513.0313.417.3897.3877.262

33.1245.5650.0916.368.54510.424.504.514.47

6.972627.8198.728.718.71

8.540714.3468.7506

7.72915.4410.24

10.11140.127.30

7.637.627.63

16.390

10.003

11.85

42.73

10.1088.5451019C1.5631019C，则n

q q1.5771.5711.5651.6361.7091.4881.6851.5741.6061.582相对误差

1.60221.59931019

100%0.18%1.