实验三 密立根油滴实验.pdf

实验3 密立根油滴实验 由美国物理学家密立根（Robbert A.Milliken ）首先设计并完成的油滴实验，是近代物理 学发展史上具有十分重要意义的实验。在1906 年到1917 年期间，密立根苦心钻研，以卓越 的研究方法和精湛的实验技术，用油滴实验证明了：(1)电荷是量子化的，具有不连续性；(2) 测量了电子电荷，其值为：e = 1.60 10- 19 C。从而荣获了1923 年的诺贝尔物理学奖。 这一实验设计巧妙、原理清晰、设 简单、结果精确，其结论却具有不容置疑的说服力， 因此堪称为物理实验的精华、典范，对提高学生实验设计思想和实验技能都有很大的帮助。 实验目的 1．了解密立根油滴实验仪的结构以及利用油滴测定电子电荷的设计思想和方法。 2．了解CCD 图像传感器的原理和电视显微测量方法； 3．验证电荷的量子性，并测定电子的电荷值。 实验原理 一个质量m，带电量q 的油滴处于两平行板之间。板间不存在电场时，油滴在重力作用 下加速下降。考虑到空气阻力的影响，油滴在下降一定的距离后，开始匀速运动，速度v 。 g 如果不计空气对油滴的浮力，重力与阻力平衡，图6-3-1 这里的阻力为粘滞阻力，服从斯托 克斯定律，即： mg 6pahvg f r （6-3-1） 其中h 是空气粘滞系 ，a 是油滴半径。 f r f r q U/ d u U g u g mg mg 图6－3－1 图6－3－2 小油滴是带电体，会受到电场作用，如果在极板间加方向向下的电场，电场力与重力相 反，图6-3-2。假定电场力大于重力，那么在合力作用下油滴将向上加速运动，经过足够的 时间，达到速度为 v 的匀速运动状态。仍然不考虑空气阻力的影响，那么这里的力平衡关 e 系是： 6pahve qE mg （6-3-2） 使用板间匀强电场假定，则E＝U/d，上面各式联立，得到电子电荷是： d v v