密立根油滴实验

实验简介：

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所带的电荷的工作，即油滴实验，是物理学史上具有最重要意义的实验。Millikan在这一实验工作中花费了近10年的心血，取得了具有重大意义的结果，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，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1923年诺贝尔物理学奖。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物理实验的前列。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，说明了Millikan油滴实验是富有巨大生命力的实验。

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，要求测得6个不同的油滴8次以上。

1. 选择适当的油滴并测量油滴上所带电荷

要做好油滴实验，所选的油滴体积要适中，大的油滴虽然比较亮，但下降速度快，不容易测准确；太小则受布朗运动的影响明显，测量结果涨落很大，也不容易测准确。因此应该选择质量适中，而带电不多的油滴。

2. 调整油滴实验装置

油滴实验装置是油滴盒，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，喷雾器等组成的，其实验装置如下图所示。其中油滴盒是由两块经过精磨的金属平板，中间垫以胶木圆环，构成的平行板电容器。在上板中心处有落油孔，使微小油滴可以进入电容器中间的电场空间，胶木圆环上有进光孔，观察孔。进入电场空间内的油滴由照明装置照明，油滴盒可通过调平螺旋调整水平，用水准仪检查。油滴盒防风罩前装有测量显微镜，用来观察油滴。

电容器极板上所加电压由直流平衡电压和直流升降电压两部分组成。其中平衡电压大小连续可调，并可从显示屏上直接读数，其极性由换向开关控制，以满足对不同极性电压的需要。升降电压的大小可连续调节，并可通过换向开关叠加在平衡电压上，以控制油滴在电容器内上下的位置。

油滴实验是一个操作技巧要求较高的实验，为了得到满意的实验结果，必须仔细认真调整油滴仪。

(1) 首先要调节调平螺丝，将平行电极板调到水平，使平衡电场方向与重力方向平行以免引起实验误差。

(2) 调节显微镜焦点，使油滴清晰显示在显示屏上。

(3) 喷雾器是用来快速向油滴仪内喷油雾的，在喷射过程中，由于摩擦作用可使油滴带电。

当油雾从喷雾口喷入油滴室内后，视场中将出现大量清晰的油滴，有如夜空繁星。试加上平衡电压，改变其大小和极性，驱散不需要的油滴，练习控制其中一颗油滴的运动，并记录油滴经过两条横丝间距所用的时间。

3. 正式测量

(1) 取平衡电压约200V、匀速下降时间约20s—35s的油滴，测量油滴匀速运动2mm所用的时间。如果油滴过大，下降速度会过快，油滴过小，则布朗运动明显。

数据处理时所需要的参数值如下：

以上各式中的有关参考数据为：

 (2) 计算每个油滴的带电量，然后计算电子电荷。这里我们采用倒过来验证的方法 ，即用公认的电子电量值去除每个油滴的电量，取一个最接近的整数，再用这个整数除油滴的电量，从而得到电子电荷的测量值。

(3) 将电子电荷的测量值与理论值进行比较，计算相对百分误差。

为了提高测量结果的精确度，每个油滴上下往返次数不宜少于8次，要求测得6个不同的油滴。

4. 读取实验给定的其他有用常数

计算电荷的基本单位（数据处理方法不限），并选取一个油滴计算所带电荷的标准偏差Dq/q。