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密立根油滴实验原理

由美国实验物理学家密立根首先设计并完成的密立

根油滴实验，在近代物理学的发展史上有十分重要的地

位。它证明了任何带电物体所带的电荷都是某一最小电荷

――基本电荷的整数倍；明确了电荷的不连续性，并精确

地测定了这一基本电荷的数值，为从实验上测定其他一些

物理量提供了可能性。

一、实验目的

1、通过对带电油滴在重力场和静电场中运动的测量,

验证电荷的不连续性，并测定电子的电荷值e；

2、通过对仪器的调整，油滴的选择、跟踪、测量及

数据的处理等，培养学生科学的实验方法和态度。

二、实验仪器

图1HG-MLG-I型显微密正根油滴仪

仪器的主要部分：油雾室、CCD显微镜、电路箱、

显示器（带有单格高度相当于实际0.2mm，总高（8格）

相当于实际1.6mm的电子分划板）、喷雾器等。

油滴盒结构：

三、实验原理

测定油滴所带的电量，从而确定电子的电量，可以采

用平衡测量的方法，也可以采用动态测量方法，本实验采

用平衡测量方法。

用喷雾器将油滴喷入两块相距为d水平放置的平行

极板之间，油滴在喷射时与空气摩擦，从而带有电荷。设

油滴的质量为m,所带的电量为q,两极板间的电压为

U,则油滴在平行极板间将同时受到两个力：重力mg和静

电力qE的作用，如图1所示。调节两平行极板的电压U,

可使该两力达到平衡，这时

r

dV

L5

图3

从上式可见，为了测出油滴所带的电量q，除了测定

U和d外，还需要测量油滴的质量m。因m很小，需用

如下方法测定：

当一个质量为m，带电量为q的油滴处在一个水平放

置的平行板电容器内且平行板未加电压时，其运动将受到

三个力的作用，分别是重力（mg）、空气浮力和与运动

方向相反的粘滞阻力（fr）作用。根据斯托克斯定律可得：

«=6对不（1-2）

式中〃是空气的粘滞系数”是油滴的半径（由于表面

张力的原因，油滴总是呈小球状）。

对于半径小到的小球，空气的粘滞数〃应作如下

修正

〃=71(1-3)

这时的斯托克斯定律应改为

片工（1-4）

•b

1+——

P】

上式中，b为修正常数，8=8.22x10-3mPa,p为大气

压强，单位为

Pao

在下落一段距离后，油滴最终将做匀速下降，此时重

力、空气浮力和粘滞阻力达到平衡（空气浮力可忽略不计）

由于空气阻力可以忽略不计，油滴匀速下降时则有

fi=mg(1-5)

设油的密度为0,