密立根油滴实验 主讲人：王茂香
物理概念：基本电荷 基本电荷又称“基本电量”或“元电荷（elementary charge）”。在各种带电微粒中，电子电荷量的大小是最小的，人们把最小电荷叫做元电荷。它也是物理学的基本常数之一，常用符号e表示。基本电荷 e=1.602176565×10-19库仑，（通常取e=1.6×10-19C）。是一个电子或一个质子所带的电荷量。 任何带电体所带电荷都是e的整数倍或者等于e。 （夸克除外，它是已知唯一的基本电荷非整数的粒子）
实 验 背 景 1908年，密立根开始研究带电液滴在电场中的运动； 1910年，他用油滴代替易挥发的水滴，测量结果比较精确； 1913年，密立根宣布了开创性的研究结果。具有里程碑意义： 1）明确了带电油滴所带的电荷量都是基本电荷的整数倍； 2）用实验方法证明了电荷的不连续性； 3）测出了基本电荷值 由于在测定基本电荷值和测出普朗克常数等方面做出的 成就，密立根在1923年获得了诺贝尔物理学奖。 美国实验物理学家 罗伯特·安德鲁·密立根 Robert Andrews Millikan （1868～1953）
实 验 目 的 1、学习用油滴实验测量元电荷的原理和方法； 2、验证电荷的不连续性，测量元电荷量； 3、了解CCD摄像机、光学系统的成像原理等。
实 验 原 理 通过带电油滴在电场和重力场中的受力和运动情况，测定基本电荷的电量
1.动态法 qE Kvf m2g m2g Kvr m1g m1g 实 验 原 理 重力场中，假设油滴匀速下落 均匀电场中，假设油滴匀速上升 （1） （2） Kvr m1g m1g
实 验 原 理 消去比例系数K，得： 代入钟表油和空气的密度ρ1和ρ2，得： 考虑空气粘度η，计算出油滴的半径： 代入式（3）并整理得到q： （4） 考虑空气粘度η，计算出油滴的半径： （5） 代入式（3）并整理得到q： （6）
实 验 原 理 考虑到油滴的直径与空气分子的间隙相当，空气粘度η须作修正： 将（5）代入（7），并以（7）代入（6），得 （8） 实验中固定油滴的运动距离s，通过测量运动时间t求得运动速度v， 考虑匀强E=U/d，得到： （9） 由此可知，测出U、tf、tr，即可测出油滴所带的电荷量
2.平衡法 实 验 原 理 当油滴在电场中平衡时，油滴所受的电场力、重力和浮力将达到平衡，即： 考虑油滴在重力场中做匀速运动，1/tr=0，则有
实 验 原 理 3.元电荷的测量 对不同的油滴，分别测出其所带的电荷值qi，它们应近似为元电荷的整数倍。
实 验 仪 器 监视器 实验仪主机、CCD成像、喷雾器
实验数据处理 1. 平衡法数据记录表格 2. 动态法数据记录表格 油滴序号 平衡电压U/V 平均下落时间t/s qi (×10-18C) ni 1 2 3 4 5 2. 动态法数据记录表格 油滴序号 下落时间tf 提升时间tr 提升电压U qi (×10-18C) ni 1 2 3 4 5
实验数据处理 至少测量5 颗油滴，记录每颗油滴的电荷量qi ，再qi/e理论，对商四舍五入 取整后得到每颗油滴所带电子个数ni ；再qi/ni=ei得到每次测量的基本电荷，再 求出n次测量的e，与理论值比较求百分误差及不确定度。 得到qi和对应的ni后，以q为纵坐标， n为横坐标作图，拟合得到的直线斜率 即为基本电荷e测量，与理论值比较求百分误差及不确定度。
实验注意事项 注意调节进油量 避免空气流动对测量的影响
思考题 1. 为什么要选择合适的油滴？太大或太小对实验测量有何影响？ 2. 喷入油雾，若看不到油滴的像应该怎么办？
谢 谢 观 看 谢谢观看