《物理实验》用密立根油滴仪测量电子电量

密立根油滴实验 物理实验中心

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实验介绍 密立根( Bobert andrew millikan)1868年3月22日生 于美国伊利诺斯州的莫里森镇他的父亲是镇上的牧师。 他生活和工作在一个以物理学最富革命性的发展为其特 征的时期,在这段时期建立的许多概念构成了我们今天 物理观念的基础。 密立根设计了一种研究油滴在电场和重力场作用下 运动的方法。这一实验后来被称做油滴实验,比起较早的 方法这是一项重大改进,用它得到了可靠并且可以重复测 量的电子电荷值。密立根令人信服地证明了电荷的不连续 性,这对最终建立物质的原子论有着重大的作用

实验介绍 密立根 (Bobert Andrew Millikan) 1868年3月22日生 于美国伊利诺斯州的莫里森镇 他的父亲是镇上的牧师。 他生活和工作在一个以物理学最富革命性的发展为其特 征的时期，在这段时期建立的许多概念构成了我们今天 物理观念的基础。 密立根设计了一种研究油滴在电场和重力场作用下 运动的方法。这一实验后来被称做油滴实验，比起较早的 方法这是一项重大改进，用它得到了可靠并且可以重复测 量的电子电荷值。密立根令人信服地证明了电荷的不连续 性，这对最终建立物质的原子论有着重大的作用

目录 1.实验原理 2.实验仪器 3.实验内容 4.实验拓展

目 录 1. 实验原理 2. 实验仪器 3. 实验内容 4. 实验拓展

1.实验原理 用喷雾器将油喷入两块相距为d的水平放置的平行极 板之间,油在喷射撕裂成油滴时,一般都带上电荷,假如油 滴的质量为m,所带的电量为q,两极板间的电压为U。油 滴在极板间同时受到重力和电场力兩个力的作用。E为两极 板间的电场强度。 dE U

1. 实验原理 用喷雾器将油喷入两块相距为d的水平放置的平行极 板之间，油在喷射撕裂成油滴时，一般都带上电荷，假如油 滴的质量为m ，所带的电量为q，两极板间的电压为U 。油 滴在极板间同时受到重力和电场力两个力的作用。E 为两极 板间的电场强度。 d U qe mg E

如果调节两极板间的电压U可使重 力和电场力平衡,则有关系式: U E mg =ge=g mg 此时油滴会静止地悬浮在电场中,并保持平衡。 平行板不加电压时,油滴在空气中自由下落,下落 过程中受三个力的作用:重力mg;空气浮力f1;空气 对它的阻力2

mg f1 f2 此时油滴会静止地悬浮在电场中，并保持平衡。 d U mg = qE = q 如果调节两极板间的电压U 可使重 力和电场力平衡，则有关系式： 平行板不加电压时，油滴在空气中自由下落，下落 过程中受三个力的作用：重力mg ；空气浮力f 1 ；空气 对它的阻力f 2

由于表面张力的作用,油滴一般呈小球状。设油滴的 密度为p,半径为a,则油滴的质量m为: m=na p 重力及空气浮力可表示为 mg f i=nap g

  3 3 4 m = a mg a g 3 3 4 = f a g 3 ' 1 3 4 =   由于表面张力的作用，油滴一般呈小球状。设油滴的 密度为ρ ，半径为a ，则油滴的质量m为： 重力及空气浮力可表示为：

空气阻力可表示为 2=61m00 当油滴下落速度达到某一数值时,油滴所受合外力等 于零时,油滴匀速下降。此时有: rapg=ina'gp +any nb v2 g(p-p')

f 2 = 6a 空气阻力可表示为 a g a g 6a 3 4 3 4 3 3 ' = + 2 ( ) 9 '    − = g a 当油滴下落速度达到某一数值时，油滴所受合外力等 于零时，油滴匀速下降。此时有：

当ρ>>p'时,空气浮力可以忽略。有 no 2gP 实验中油滴半径约为106m左右,此半径与空气分子 间的间隙大致相等,因此空气的粘滞系数修改为: 7 pa anu 斯托克斯定律修改为 pa

  g a 2 9 = pa b + = 1 '   pa b a f + = 1 6 2   当 >> 时，空气浮力可以忽略。有 实验中油滴半径约为10-6m 左右，此半径与空气分子 间的间隙大致相等，因此空气的粘滞系数修改为： 斯托克斯定律修改为

最终可得: 18丌 q 1+b).2gr P 9nl 此式是本实验的基本公式。式中b为修正常数, b=617×10m米厘米汞高,p为大气压强,单位为厘 米汞高

最终可得： 2 3 9 2 (1 ) 2 18               +  =  L gt p b t L U d g q      此式是本实验的基本公式。式中b 为修正常数， b=6.17×10-6m米. 厘米汞高，p为大气压强，单位为厘 米汞高

2.实验仪器密立根油滴仪, 计财显示 电压显示 平衙水泡 MO0-6 提鈾仪 平衡电压 Apparatu 调节 CCD物距调节 电压值 计时值 电压转换 开关 东南大雪物理票 南京婚中科开发研宽所 计时健 电娠开 电

2. 实验仪器 密立根油滴仪， 电压显示 计时显示 油雾室 平衡水泡 CCD物距调节 平衡电压 调节 电压转换 开关 电源开关 计时键