基本电荷量的测量物理实验报告（18篇）

基本电荷量的测量物理实验报告（18篇）基本电荷量的测量物理实验报告实验33元电荷的测定-百度文库　　,.实验33　　元电荷的测定　　1897年,J.J.汤姆逊发现了电子后，许多科学家为测量电子的电荷量进下面是小编为大家整理的基本电荷量的测量物理实验报告（18篇）,供大家参考。

篇一：基本电荷量的测量物理实验报告

tle>实验33元电荷的测定-百度文库

　　,.实验33

　　元电荷的测定

　　1897年,J.J.汤姆逊发现了电子后，许多科学家为测量电子的电荷量进行了大量的实验探索工作。其中，美国物理学家密立根（R.A.Millikan）从1910年开始，历时七年之久，通过测量微小油滴所带的电荷，不仅证明了电荷的不连续性，即所有的电荷都是基本电荷e的整数倍，而且测得了基本电荷的准确值。电荷e是一个基本物理量，它的测定还为从实验上测定电子质量、普朗克常数等其他物理量提供了可能性，密立根因此获得了1923年的诺贝尔物理学奖。

　　密立根油滴实验用经典力学的方法，揭示了微观粒子的量子本性。它的构思巧妙，设备简单，结果准确，是一个著名而有启发性的物理实验。本实验就是采用密立根油滴实验的方法来测定电子的电荷值e的。实验中油滴非常微小（半径约为10?9m，质量约为10?15kg），进行本实验需具备严谨的科学态度、严格的实验操作、准确的数据处理，才能得到较好的实验结果。

　　一、实验目的

　　1.了解油滴仪测定油滴带电量的基本原理及实验方法。2.测定电子的电荷值

　　e并验证电荷的不连续性。

　　二、实验仪器

　　密立根油滴仪、喷雾器等。

　　三、实验原理

　　,.1.基本原理

　　实验中，用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的水平放置的平行极板之间，如图33-1所示。油滴在喷射时由于摩擦，一般都会带电。设油滴的质量为m，所带电量为q，加在两平行极板之间的电压为V，油滴在两平行极板之间将受到V两个力的作用，一个是重力mg，一个是电场力qE=q?。通过调节加在两极d板之间的电压V，可以使这两个力大小相等、方向相反，从而使油滴达到平衡，悬浮在两极板之间。此时有

　　mg?qE?qV

　　(33-1)

　　d其中，m为油滴的质量（约10?15kg），q为油滴所带的电量，d为两极板间的距离，V为油滴平衡不动时所加电压。

　　图33-1

　　图33-2为了测出

　　q值，除测定d、V外，还需要测定

　　m，油滴的

　　m很小，需要用如下方法测定。

　　2.油滴质量

　　m的测定

　　如图33-2所示，平行板未加电压时，油滴受重力而加速下降，但空气的粘滞性对油滴所产生的阻力与速度成正比，由stokes定律知fr=6pa0hug，油滴下降一段距离后，油滴匀速下降，阻力与重力平衡（忽略空气浮力），有

　　fr=6pa0hug=mg

　　(33-2)

　　其中，h是空气的粘滞系数，a0为油滴的半径，约10?6m（油滴由于表面张力，,.总是呈小球状），?g为油滴匀速下降时的运动速度。设油的密度为r，油滴的质量又可表示为

　　m?4?a03?

　　(33-3)将(33-3)式代入(33-2)式得

　　a0?9??g2?g

　　(33-4)

　　对于半径小于10?6m的小球，大小与空气孔隙相近，空气介质不能再认为是均匀的，粘滞系数应修正为????1?b，式中b为一修正常数，p为大气压强，这pa0时a0应改为a1，其中

　　a1=9hug1

　　?b2rg1+pa0

　　(33-5)(33-5)式根号中仍含有a0，但它处于修正项中，不需十分精确，仍可用(33-4)式计算。将(33-5)式代入(33-3)式，得

　　m=

　　9hug41pr(?)32

　　(33-6)

　　32rg1+bpa03．?g的测定

　　当电压V=0时，测出油滴在平行极板间匀速下降

　　L距离所用的时间

　　t，则

　　?g?L

　　t

　　(33-7)4．q的计算公式

　　将(33-6)式、(33-7)式代入(33-1)式，整理后得轾犏18p犏hL鬃

　　q=犏b2rg犏t(1+)犏pa0犏臌32

　　d

　　V

　　(33-8)

　　,.其中，油的密度ρ=(991-0.5T)kg?m?3(它随温度变化)，重力加速度T?2732()?383-2273?1.73?10?5N.S.m?2，油g=9.7905m×s，空气的粘滞系数??T?3833滴匀速下降距离L=1.60?10?3m，修正常数

　　b=8.23?10?3N.m?1，大气压强p=101325Pa，平行极板距离d=5.00?10?3m将以上数据代入(33-8)式，得

　　q=

　　（33-9）

　　?32V轾t(1+0.0196t)犏臌1.02′10-145．电荷的不连续性

　　实验发现：(1)对于同一个油滴，如果改变它所带的电量（如加放射源、X射线等），则能够使油滴达到平衡的电压必须是某些特定的值Vn，研究Vn的规律，可以发现Vn满足下列方程

　　d

　　q=ne=mg?

　　（33-10）

　　Vn其中n=±1，±2，……，而e则是一个不变的值。这表示电量

　　q是不连续的，是最小单位e（电子电荷值）的整数倍。

　　(2)对于不同的油滴，可以发现有同样的规律，而且e值是相同的常数，这说明电荷是不连续的，电荷存在着最小的电荷单位，也即是电子的电荷值e。于是，（33-8）式可化为

　　??18???L????

　　ne?b2?g?t(1?)??pa0???32?d

　　（33-11）

　　V根据式(33-11)即可测出电子的电荷值e，验证电子电荷的不连续性。

　　,.四、实验内容

　　1．测定油滴所带电量q

　　调节平衡电压值，使油滴平衡不动，记录此时的平衡电压V，测定油滴在平衡极板间匀速下降1.6mm所用的时间t。根据公式（33-9），计算油滴所带电量q。

　　2．验证电荷的不连续性

　　为了证明电荷的不连续性和所有电荷都是基本电荷e的整数倍，并求得

　　e值，我们用“倒过来验证”的办法进行数据处理，即用实验测得

　　q与公认的电子电荷值（e=1.6021892×10?19C）相比较，定出n（取最接近的整数），最后用q/n求出实验值e实验。

　　五、实验步骤1.仪器调节

　　（1）水平调整

　　调整实验仪主机的调平螺钉（21）(俯视时，顺时针平台降低，逆时针平台升高)，直到水准泡正好处于中心（注：严禁旋动水准泡上的旋钮）。将实验平台调平，使平衡电场方向与重力方向平行以免引起实验误差。极板平面是否水平决定了油滴在下落或提升过程中是否发生左右的漂移。

　　（2）喷雾器调整

　　将少量钟表油缓慢地倒入喷雾器的储油腔内，使钟表油湮没提油管下方，油不要太多，以免实验过程中不慎将油倾倒至油滴盒内堵塞落油孔。将喷雾器竖起，用手挤压气囊，使得提油管内充满钟表油。

　　(3)、开机

　　,.a、打开实验仪电源及监视器电源，监视器出现仪器名称及研制公司界面。

　　b、按主机上任意键：监视器出现参数设置界面，先设置实验方法，然后根据该地的环境适当设置温度、重力加速度、油密度、大气压强、油滴下落距离。(“←”表示左移键、“→”表示为右移键、“+”表示数据设置键。)c、按确认键后出现实验界面：将工作状态切换至“工作”，红色指示灯亮，将平衡、提升按键设置为“平衡”。

　　（4）CCD成像系统调整

　　从喷雾口喷入油雾，此时监视器上应该出现大量运动油滴的像。若没有看到油滴的像，则需调整调焦旋钮或检查喷雾器是否有油雾喷出。

　　2.练习测量

　　（1）选择合适的油滴（下落时间20～30s,电压250～300vdc）

　　根据油滴在电场中受力平衡公式qv/d=4πa3ρg/3以及多次实验的经验，当油滴的实际半径在0.5-1μm时最为适宜。若油滴过小，布朗运动影响明显，平衡电压不易调整，时间误差也会增加；若油滴过大，下落太快，时间相对误差增大，且油滴带多个电子的几率增加，前面说到，我们希望合适的油滴最好带1-5个电子。

　　操作方法：按键设置状态分别为；“结束”、“工作”、“平衡”状态，平衡电压调为约400V。喷入油滴，调节调焦旋钮，使屏幕上显示大部分油滴，可见带电多的油滴迅速上升出视场，不带电的油滴下落出视场，约10s后油滴减少。选择那种上升缓慢的油滴作为暂时的目标油滴，切换“0V/工作”键，这时极板间的电压为0V，在暂时的目标油滴中选择下落速度为每格3～4s的作为最终的目标油滴，调节调焦旋钮使该油滴最小最亮。

　　,.（2）平衡电压的确认

　　目标油滴聚焦到最小最亮后，仔细调整平衡时的“电压调节”使油滴平衡在某一格线上，等待一段时间（大约两分钟），观察油滴是否飘离格线。若油滴始终向同一方向飘离，则需重新调整平衡电压；若其基本稳定在格线或只在格线上下做轻微的布朗运动，则可以认为油滴达到了力学平衡，这时的电压就是平衡电压。

　　（3）控制油滴的运动

　　将油滴平衡在屏幕顶端的第一条格线上，将工作状态按键切换至“0V”，绿色指示灯点亮，此时上、下极板同时接地，电场力为零，油滴在重力、浮力及空气阻力的作用下作下落运动。油滴是先经一段变速运动，然后变为匀速运动，但变速运动的时间非常短（小于0.01s，与计时器的精度相当），所以可以认为油滴是立即匀速下落的。当油滴下落到有0标记的格线时，立刻按下“计时”键，计时器开始记录油滴下落的时间；待油滴下落至有距离标志（1.6）的格线时，再次按下计时键，计时器停止计时（计时位置见图3-3），此时油滴停止下落。“0V/工作”按键自动切换至“工作”，“平衡/提升”按键处于“平衡”，可以通过“确认”键将此次测量数据记录到屏幕上。将“平衡/提升”按键切换至“提升”，这时极板电压在原平衡电压的基础上增加约200V的电压，油滴立即向上运动，待油滴提升到屏幕顶端时，切换至“平衡”，找平衡电压，进行下一次测量。每颗油滴共测量5次，系统会自动计算出这颗油滴的电荷量。

　　（开始下落的位置）

　　0

　　（开始记时的位置）。油滴下落距离。。

　　1.6

　　（结束记时的位置）

　　,.

　　3.正式测量

　　图33-3平衡法计时位置示意图

　　（1）、在前面步骤选择合适油滴的基础上，将“0V/工作”状态按键切换至“0V”，此时油滴开始下落，当油滴下落到有“0”标记的格线时，立即按下计时开始键，同时计时器启动，开始记录油滴的下落时间t。

　　（2）当油滴下落至有距离标记的格线时（例如：1.6），立即按下计时结束键，同时计时器停止计时，油滴立即静止，“0V/工作”按键自动切换至“工作”。通过“确认”按键将这次测量的“平衡电压和匀速下落时间”结果同时记录在监视器屏幕上。

　　（3）将“平衡/提升”按键置于“提升”，油滴将向上运动，当回到高于有“0”标记格线时，将“平衡/提升”键切换至平衡状态，油滴停止上升，重新调整平衡电压。（注意：如果此处的平衡电压发生了突变，则该油滴得到或失去了电子。这次测量不能作数，从步骤②开始重新找油滴。）

　　（4）重复（1）（2）（3），并将数据（平衡电压V及下落时间t）记录到屏幕上。当5次测量完成后，按“确认”键，系统将计算5次测量的平均平衡电压U和平均匀速下落时间t，并根据这两个参数自动计算并显示出油滴的电荷量q。

　　,.（7）重复上述步骤，共找5颗油滴，并测量每颗油滴的电荷量计算定出每个油滴的n和e，最后求出e再与

　　4.

　　数据记录及处理表格

　　表

　　33-1油滴

　　序号

　　1平衡电压

　　V/V

　　下降时间

　　T/se公认比较，算出百分偏差。

　　q?ne

　　/10?19C

　　次数

　　n

　　e/10?19C

　　12345

　　平均

　　212345

　　平均

　　3123

　　,.45

　　平均

　　e?

　　B=e-e公认?100%e公认

　　六、注意事项

　　1、CCD盒、固定螺钉、摄像镜头的机械位置不能变更，否则会对像距及成像角度造成影响。

　　2、仪器使用环境：温度为（0-40℃）的静态空气中。

　　3、注意调整进油量开关，应避免外界空气流动对油滴测量造成影响。

　　4、仪器内有高压，实验人员避免用手接触电极。

　　5、实验前应对仪器油滴盒内部进行清洁，防止异物堵塞落油孔。

　　6、注意仪器的防尘保护。

　　七、思考题

　　1.通过实验数据进行分析，指出作好本实验关键要抓住哪几步？造成实验数据测量不准的原因是什么？

　　2.为什么对不同油滴测得的电子电荷最后不能再求平均值来得到电子电荷的测量值？

　　附录一

　　ZKY-MLG-6型油滴仪简介

　　1.仪器基本结构

　　实验仪由主机、CCD成像系统、油滴盒、监视器和喷雾器等部件组成。

　　,.其中主机包括可控高压电源、计时装置、A/D采样、视频处理等单元模块。CCD成像系统包括CCD传感器、光学成像部件等。油滴盒包括高压电极、照明装置、防风罩等部件。监视器是视频信号输出设备。仪器部件示意如图3-4。

　　图33-4主机部件示意图

　　1、CCD盒

　　2、电源插座

　　3、调焦旋钮

　　4、Q9视频接口

　　5、光学系统

　　6、镜头

　　7、观察孔

　　8、上极板压簧

　　9、进光孔10、光源

　　11、确认键

　　12、状态指示灯

　　13、平衡/提升切换键

　　14、0V/工作切换键

　　15、计时开始/结束切换键

　　16、水准泡

　　17、电压调节旋钮

　　18、紧定螺钉

　　19、电源开关

　　20、油滴管收纳盒安放环

　　21、调平螺钉(3颗)

　　,.CCD模块及光学成像系统用来捕捉暗室中油滴的像，同时将图像信息传给主机的视频处理模块。实验过程中可以通过调焦旋钮来改变物距，使油滴的像清晰地呈现在CCD传感器的窗口内。

　　电压调节旋钮可以调整极板之间的电压大小，用来控制油滴的平衡、下落及提升。

　　计时“开始/结束”按键用来计时、“0V/工作”按键用来切换仪器的工作状态、“平衡/提升”按键可以切换油滴平衡或提升状态、“确认”按键可以将测量数据显示在屏幕上，从而省去了每次测量完成后手工记录数据的过程，使操作者把更多的注意力集中到实验本质上来。

　　油滴盒是一个关键部件，具体构成,如图

　　3-5所示。

　　图

　　33-5油滴盒装置示意图

　　1、喷雾口

　　2、进油量开关

　　3、防风罩

　　4、上极板

　　5、油滴室

　　6、下极板

　　7、油雾杯

　　,.8、上极板压簧9、落油孔

　　上、下极板之间通过胶木圆环支撑，三者之间的接触面经过机械精加工后可以将极板间的不平行度、间距误差控制在0.01mm以下；这种结构基本上消除了极板间的“势垒效应”及“边缘效应”，较好地保证了油滴室处在匀强电场之中，从而有效地减小了实验误差。

　　胶木圆环上开有两个进光孔和一个观察孔，光源通过进光孔给油滴室提供照明，而成像系统则通过观察孔捕捉油滴的像。照明由带聚光的高亮发光二极管提供，其使用寿命长、不易损坏；油雾杯可以暂存油雾，使油雾不会过早地散逸；进油量开关可以控制落油量；防风罩可以避免外界空气流动对油滴的影响。

　　2.实验界面

　　在完成参数设置后，按确认键，监视器显示实验界面，如图

　　3-6。不同的实验方法的实验界面有一定差异。

　　（极板电压）

　　（计时时间）

　　0

　　（电压保存提示栏）

　　（保存结果显示区）

　　（共5格）

　　（下落距离栏）

　　（距离标志）

　　（实验方法栏）

　　（仪器生产厂家）

　　,.

　　极板电压：实际加到极板的电压，显示范围：0～1999V。

　　计时时间：计时开始到结束所经历的时间，显示范围：0～99.99S。

　　电压保存提示：将要作为结果保存的电压，每次完整的实验后显示。当保存实验结果后（即按下确认键）自动清零。显示范围同极板电压。

　　保存结果显示：显示每次保存的实验结果，共5次，显示格式与实验方法有关。

　　平衡法：

　　（平衡电压）

　　（下落时间）

　　图

　　33-6实验界面示意图

　　动态法：

　　（提升电压）

　　（平衡电压）

　　（上升时间）

　　（下落时间）

　　当需要删除当前保存的实验结果时，按下确认键2秒以上，当前结果被清除(不能连续删)。

　　下落距离：显示设置的油滴下落距离。当需要更改下落距离的时候，按住平衡、提升键2秒以上，此时距离设置栏被激活(动态法1步骤和2步骤之间不能更改)，通过

　　+键（即平衡、提升键）修改油滴下落距离，然后按确认键确认修改。距离标志相应变化。

　　距离标志：显示当前设置的油滴下落距离，在相应的格线上做数字标记，显示范围：0.2mm～1.8mm。垂直方向视场范围为2mm，分为10格，每格0.2mm。

　　实验方法：显示当前的实验方法（平衡法或动态法），在参数设置界面设定。欲改变实验方法，只有重新启动仪器（关、开仪器电源）。对于平衡法，实验方法栏仅显示“平衡法”字样；对于动态法，实验方法栏除了显示“动态法”以外，还显示即将开始的动态法步骤。如将要开始动态法第一步(油滴下落)，实验方法栏显示“1动态法”。同样，做完动态法第一步骤，即将开始第二步骤时，实验

　　,.方法栏显示“2动态法”。

　　仪器生产厂家：显示生产厂家。

　　附录二

　　常用参数表

　　表33-2

　　油滴仪专用的油密度随温度变化表

　　温度（?C)

　　099110986209813097640971?(kgm3)

　　表33-3

　　空气的动态粘度η

　　t（?C)

　　01.710101.760201.810301.857401.964501.981601.998702.044802.081?

　　（′10-4Pa）

　　附录三

　　油滴仪测定基本电荷的另一种方法

　　最初的密立根油滴实验是利用(33-8)式，即测出平衡电压Vn、匀速下降速度?g，求出ne，定出e。后来密立根又进行了改进，以后对于e的测量大多采用以下方法：改变带电油滴的带电量或改变极板之间的场强（即改变极板间的电压），测出油滴在有电场存在时的匀速运动速度?E，而后定出电子电荷e。具体方法为：如在两极板间不加电压，油滴在空气中均速降落时，将同时受到重力和空气阻力的作用，且两者平衡，mg?6??a0?g

　　,.

　　即

　　43?a0?g?6??a0?g

　　（33-12）

　　则

　　a0?9??g2?g

　　（33-13）

　　如果在两极板间加上任意电压V，当油滴在电场中匀速上升时（速度为?E，?E与?g反向）则有

　　qE?mg?6??a0?E

　　由（33-12）、（33-13）及（33-14）式得

　　（33-14）

　　4932?g12d(?g??E)

　　q??(?)()32?gV由于油滴很小，（33-15）式中η也应修正

　　（33-15）

　　????1?bpa0

　　代入（33-15）式得

　　4932?g12db32

　　q?ne??(?)()(?g??E)?(1?)

　　32?gVpa0

　　（33-16）

　　其中?g?Lgtg，?E?LE。

　　tE如果取Lg?LE?0.002m，并将π、η、d、ρ、g、b、p等数值代入（33-16）式则可写成

　　q=ne=1.43?10-14(1tE1tg)32V?tg(10.02tg)

　　（33-17）

　　如果电压V加上后，油滴?E的方向与不加电压时油滴?g的方向相同，则

　　q=ne=1.43?10-14(1tg1tE)32V?tg(10.02tg)

　　（33-18）

　　tg及tE，实验中测出V，利用(33-17)式或(33-18)式，即可算出q，再由qe公认

　　,.定出n，然后求出e实验?qn。(这里所用符号的物理意义与前面完全一样)

篇二：基本电荷量的测量物理实验报告

tle>十二基本电荷的测定：密立根油滴实验-百度文库

　　十二

　　基本电荷的测定：密立根油滴实验

　　教学目的：

　　1.

　　掌握用平衡法测电子电荷的方法。

　　2.

　　证明电荷的不连续性，测定基本单位电荷值的大小。

　　引言：

　　本节是带电粒子在电场中运动状态——平衡的应用，是饮食电场力“Eq”的平衡问题。最简单的是和粒子重力的平衡。

　　一、基本电荷及测定

　　1、实验指出：

　　①电子和质子所带的电量均为e?1.60?10?19库仑。

　　②所有的电量或者等于电子、质子的电量或者是它们的电量的整数倍。

　　因此，把e?1.60?10?19C的电量叫做基本电荷。

　　2、测定：

　　历史上对电子电荷的测定进行了一系列的实验。其最精确的数值最早是美国人密立根于1917年测得的。电子电荷的数值是一个基本的物理常数.对于它的准确测定具有重要的意义.从1906年开始,美国人密立根便致力于细小油滴上微量电荷的测量,历时11年,测量了上千个细小油滴,终于在1917年以确凿的实验数据,首次令人信服地证明了电荷的分立性.他由于这一杰出贡献而获得1923年的诺贝尔物理学奖.二、密立根实验原理：

　　1、实验设想

　　如果电子电量是基本电荷，那么测出的若干个带电微粒的电量如果是某一电量的整数倍，这个电量即为基本电荷。

　　2、实验原理

　　用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的水平放置的平行板之间。由于喷射时的摩擦，油滴一般带有电量q。

　　当平行板间加有电压V，产生电场E，油滴受qE电场力作用。调整电压的大小，使油滴所受的电场Vd力与重力相等，油滴将静止地悬浮在极板中间，见mg图Z5-1。此时

　　Vmg??qE?q

　　图

　　Z5-1

　　带电平行板间油滴的平衡

　　d或

　　mgdq?

　　(Z5-1)VV、d是容易测量的物理量，如果进一步测量出油滴的质量m，就能得到油滴所带的电量。实验发现，油滴的电量是某最小恒量的整数倍，即q=ne，n??1，?2，??。这样就证明了电荷的不连续性，并存在着最小的电荷单位，即电子的电荷值e。

　　3、油滴质量的测定

　　密立根设法用实验测出油滴的半径R，计算出油滴的体积V，再算出油滴的质量M。

　　设油滴的密度为?，油滴的质量m可用下式表示

　　43?r?

　　3mgd再由q?即可算出油滴所带电量

　　q。

　　Vm?从1906年开始,美国人密立根便致力于细小油滴上微量电荷的测量,历时11年,测量了上千个细小油滴,积累了确凿的实验数据，进行分析，用公认的电子电荷值e=1.60×10-19C去除实验测得的q值，于是就得到一个接近于某个整数值，此整数值就是油滴所带基本电荷的数目n。然后用n去除测得的电量q，就得到电子电荷的电量值e。

　　现在公认的基本电荷为

　　e=（1.602±0.002）×10-19C三、实验意义

　　1、证明了电荷的不连续性.2、测量并得到了元电荷即电子电荷,其值为1.60×10-19C.现公认是元电荷,对其值的测量精度不断提高,目前给出最好的结果为=(1.60217733±0.00000049)×10-19C正是由于这一实验的巨大成就,他荣获了1923年的诺贝尔物理学奖.3、密立根的实验装置随着技术的进步而得到了不断的改进，但其实验原理至今仍在当代物理科学研究的前沿发挥着作用，例如，科学家用类似的方法确定出基本粒子──夸克的电量。

　　4、油滴实验中将微观量测量转化为宏观量测量的巧妙设想和精确构思，以及用比较简单的仪器，测得比较精确而稳定的结果等都是富有启发性的。

篇三：基本电荷量的测量物理实验报告

tle>中学物理实验报告电学-百度文库

　　中学物理实验报告电学

　　中学物理实验报告电学

　　1.学习中学物理电学演示实验仪器的使用，并能熟练操作实验仪器。

　　2.明确各种实验的实验原理并且可以解释清楚。

　　3.学习实验仪器制作上的思维方式方法，更好地运用仪器说明和解释问题。

　　直线电流磁感应强度演示器，光电效应演示器，电流磁场演示器，盖革计数器，左右手定则演示器，洛伦兹力演示器，手摇式直流发电机，光导纤维通讯演示器，通断电自感现象演示器，演示电磁继电器，验电器，验电计，屏闭器，感应起电机，毛皮，玻璃棒，橡胶棒，丝绸等。

　　1.电荷：物体或构成物体的质点所带电的量，是物体或系统中元电荷的代数和。

　　将玻璃棒和丝绸摩擦所的电荷叫正电，橡胶棒和毛皮摩擦所得的电荷叫负电。

　　起电的实质是电子的得失。起电的方式有：摩擦起电，感应起电，接触起电。

　　检验电荷的方法有：用已知的电荷去检测，将带点物体与检验器的触头接触，如果带电体带正电，红灯亮；如果带电体带负电，则绿灯亮。在操作过程中，有一个复位按钮是用来在测量一次之后进行复位用的，降检验器上的电中和掉；用氖管的性质，电位高的亮；用检电计。

　　静电计，用来测量电荷的同性或异性，将带电体与上面铁球接触，如果与此静电计带同种电荷，则静电计张开，如果异种电荷，静电计闭合。另外一种情况是现闭合又张开，原因是开始时候静电计带与接触物体成相反电荷的的时候它闭合，等到它变成中性时，还继续吸收外面给它的电荷，使得它带上同种电荷，又张开。

　　1.2屏蔽的分类：半屏蔽，完全屏蔽；摇动静电感应器，并与金属网罩的顶端接触，观

　　察发现金属网罩外部的薄纸张开，而内部的薄纸不动。说明金属网罩的内部没有电场分布。

　　3磁感线演示器，将磁铁插入板中，板上的小磁铁会按照磁感线的方向分布，大致成为一个磁感线的形状。

　　4电流磁场演示器，在线圈周围撒上一些铁削，将线圈通电，可以观察到通电线圈磁场的磁感线。

　　5电磁感应演示器，将仪器接通电流之后，线圈会产生磁场，磁场吸引磁铁。

　　6洛伦兹力演示器，洛伦兹力演示器用来演示磁场对电子来产生的洛伦磁力

　　7手摇式直流发电机，用手摇发电机，它的速度到达一定的时候上面有一个小灯泡会发光。

　　8光导纤维通讯演示器

　　传光：从弯曲的玻璃棒的一端入射到棒中，在棒壁发生多次全反射，沿着锯齿形路线由

　　传像：用光导纤维聚集成束，使其二端纤维排列的相位置相同，当光照明一端的图像，一一对应的点将图像映另一端。

　　传声：通过发射器将电信号（声音信号）调制到光波上，信号经光纤传输到接收器，由接收器解调，放大，再经喇叭发出声音

　　9通断电自感现象演示器，上面的开关为K1，下面的开关为K2。上面的灯为L1，下面的灯为L2。演示通电自感现象：在K2断开的情况下，闭合K1，L1先亮，这是因为电感产生一个自感电动势，使L2滞后于L1。这充分说明了通电时的自感现象。

　　演示断电自感现象：K2合上（将L2短路）闭合K1时，L1亮，断开K1的瞬间L1突然亮了一下（比正常亮度要亮）。这就是断电自感现象。

　　10光电效应演示器，光线出射口未被任何挡板挡住时，电流表读数最大。用不同颜色的挡板放于光线出射口可以发现电流表的读数会改变。

　　11盖革计数器

　　12基本电容器的认识

　　13直线电流感觉强度演示器

　　14演示继电器，打开电源开关，因为通电，将铁片吸住。断电，又弹回。

　　光电效应：150v0.9mA直线电流磁感应强度演示器

　　通过这次实验让我领悟了一些以前只是知道表象的物理现象，理教学时实验是一项很重要的环节。这样还可以加深学生的记忆，第一反应自己哪里做类似的实验，这样一旦让学生做了这些实验的话，做题。

　　6v1.76mA让我体会到了在中学里进行物很多学生在做实验题都是那么他们就能很好的

篇四：基本电荷量的测量物理实验报告

tle>实验33++元电荷的测定-百度文库

　　页眉内容

　　实验33

　　元电荷的测定

　　1897年,J.J.汤姆逊发现了电子后，许多科学家为测量电子的电荷量进行了大量的实验探索工作。其中，美国物理学家密立根（，历时七年之久，通过测量微小油滴所带的电荷，不仅证明了电荷的不连续性，即所有的电荷都是基本电荷e的整数倍，而且测得了基本电荷的准确值。电荷e是一个基本物理量，它的测定还为从实验上测定电子质量、普朗克常数等其他物理量提供了可能性，密立根因此获得了1923年的诺贝尔物理学奖。

　　密立根油滴实验用经典力学的方法，揭示了微观粒子的量子本性。它的构思巧妙，设备简单，结果准确，是一个著名而有启发性的物理实验。本实验就是采用密立根油滴实验的方法来测定电子的电荷值e的。实验中油滴非常微小（半径约为10?9m，质量约为10?15kg），进行本实验需具备严谨的科学态度、严格的实验操作、准确的数据处理，才能得到较好的实验结果。

　　一、实验目的

　　1.了解油滴仪测定油滴带电量的基本原理及实验方法。2.测定电子的电荷值

　　e并验证电荷的不连续性。

　　二、实验仪器

　　密立根油滴仪、喷雾器等。

　　三、实验原理1.基本原理

　　实验中，用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的水平放置的平行极板之间，如图33-1所示。油滴在喷射时由于摩擦，一般都会带电。设油滴的质量为m，所带电量为q，加在两平行极板之间的电压为V，油滴在两平行极板之间将受到两V个力的作用，一个是重力mg，一个是电场力qE=q?。通过调节加在两极板之d间的电压V，可以使这两个力大小相等、方向相反，从而使油滴达到平衡，悬浮在两极板之间。此时有

　　mg?qE?qV

　　(33-1)

　　d其中，m为油滴的质量（约10?15kg），q为油滴所带的电量，d为两极板间的距

　　页眉内容

　　离，V为油滴平衡不动时所加电压。

　　图33-1

　　图33-2为了测出

　　q值，除测定d、V外，还需要测定

　　m，油滴的

　　m很小，需要用如下方法测定。

　　2.油滴质量

　　m的测定

　　如图33-2所示，平行板未加电压时，油滴受重力而加速下降，但空气的粘滞性对油滴所产生的阻力与速度成正比，由stokes定律知fr=6pa0hug，油滴下降一段距离后，油滴匀速下降，阻力与重力平衡（忽略空气浮力），有

　　fr=6pa0hug=mg

　　(33-2)

　　其中，h是空气的粘滞系数，a0为油滴的半径，约10?6m（油滴由于表面张力，总是呈小球状），?g为油滴匀速下降时的运动速度。设油的密度为r，油滴的质量又可表示为

　　m?4?a03?

　　(33-3)将(33-3)式代入(33-2)式得

　　a0?9??g2?g

　　(33-4)

　　对于半径小于10?6m的小球，大小与空气孔隙相近，空气介质不能再认为是均匀的，粘滞系数应修正为????1?b，式中b为一修正常数，p为大气压强，这pa0时a0应改为a1，其中

　　a1=9hug1

　　?2rg1+bpa0

　　(33-5)(33-5)式根号中仍含有a0，但它处于修正项中，不需十分精确，仍可用(33-4)式计算。将(33-5)式代入(33-3)式，得

　　m=

　　9hug41pr(?)32

　　(33-6)

　　32rg1+bpa0

　　页眉内容

　　3．?g的测定

　　当电压V=0时，测出油滴在平行极板间匀速下降

　　L距离所用的时间

　　t，则

　　?g?L

　　t

　　(33-7)4．q的计算公式

　　将(33-6)式、(33-7)式代入(33-1)式，整理后得轾犏18p犏hL

　　q=鬃犏b2rg犏t(1+)犏pa犏0臌32

　　d

　　V

　　(33-8)

　　其中，油的密度ρ=(991-0.5T)kg?m?3(它随温度变化)，重力加速度T?2732()?383-2273?1.73?10?5N.S.m?2，油滴g=9.7905m×s，空气的粘滞系数??T?3833匀速下降距离L=1.60?10?3m，修正常数b=8.23?10?3N.m?1，大气压强p=101325Pa，平行极板距离d=5.00?10?3m将以上数据代入(33-8)式，得

　　q=1

　　（33-9）

　　?32V轾t(1+0.0196t)犏臌1.02′10-145．电荷的不连续性

　　实验发现：(1)对于同一个油滴，如果改变它所带的电量（如加放射源、X射线等），则能够使油滴达到平衡的电压必须是某些特定的值Vn，研究Vn的规律，可以发现Vn满足下列方程

　　d

　　q=ne=mg?

　　（33-10）

　　Vn其中n=±1，±2，……，而e则是一个不变的值。这表示电量

　　q是不连续的，是最小单位e（电子电荷值）的整数倍。

　　(2)对于不同的油滴，可以发现有同样的规律，而且e值是相同的常数，这说明电荷是不连续的，电荷存在着最小的电荷单位，也即是电子的电荷值e。于

　　页眉内容

　　是，（33-8）式可化为

　　???18???L?

　　ne???b2?g?t(1?)??pa0???32?d

　　（33-11）

　　V根据式(33-11)即可测出电子的电荷值e，验证电子电荷的不连续性。

　　四、实验内容

　　1．测定油滴所带电量q

　　调节平衡电压值，使油滴平衡不动，记录此时的平衡电压V，测定油滴在平衡极板间匀速下降1.6mm所用的时间t。根据公式（33-9），计算油滴所带电量q。

　　2．验证电荷的不连续性

　　为了证明电荷的不连续性和所有电荷都是基本电荷e的整数倍，并求得

　　e值，我们用“倒过来验证”的办法进行数据处理，即用实验测得

　　q与公认的电子电荷值（e=1.6021892×10?19C）相比较，定出n（取最接近的整数），最后用q/n求出实验值e实验。

　　五、实验步骤1.仪器调节

　　（1）水平调整

　　调整实验仪主机的调平螺钉（21）(俯视时，顺时针平台降低，逆时针平台升高)，直到水准泡正好处于中心（注：严禁旋动水准泡上的旋钮）。将实验平台调平，使平衡电场方向与重力方向平行以免引起实验误差。极板平面是否水平决定了油滴在下落或提升过程中是否发生左右的漂移。

　　（2）喷雾器调整

　　将少量钟表油缓慢地倒入喷雾器的储油腔内，使钟表油湮没提油管下方，油不要太多，以免实验过程中不慎将油倾倒至油滴盒内堵塞落油孔。将喷雾器竖起，用手挤压气囊，使得提油管内充满钟表油。

　　(3)、开机

　　a、打开实验仪电源及监视器电源，监视器出现仪器名称及研制公司界面。

　　b、按主机上任意键：监视器出现参数设置界面，先设置实验方法，然后根

　　页眉内容

　　据该地的环境适当设置温度、重力加速度、油密度、大气压强、油滴下落距离。(“←”表示左移键、“→”表示为右移键、“+”表示数据设置键。)c、按确认键后出现实验界面：将工作状态切换至“工作”，红色指示灯亮，将平衡、提升按键设置为“平衡”。

　　（4）CCD成像系统调整

　　从喷雾口喷入油雾，此时监视器上应该出现大量运动油滴的像。若没有看到油滴的像，则需调整调焦旋钮或检查喷雾器是否有油雾喷出。

　　2.练习测量

　　（1）选择合适的油滴（下落时间20～30s,电压250～300vdc）

　　根据油滴在电场中受力平衡公式qv/d=4πa3ρg/3以及多次实验的经验，当油滴的实际半径在0.5-1μm时最为适宜。若油滴过小，布朗运动影响明显，平衡电压不易调整，时间误差也会增加；若油滴过大，下落太快，时间相对误差增大，且油滴带多个电子的几率增加，前面说到，我们希望合适的油滴最好带1-5个电子。

　　操作方法：按键设置状态分别为；“结束”、“工作”、“平衡”状态，平衡电压调为约400V。喷入油滴，调节调焦旋钮，使屏幕上显示大部分油滴，可见带电多的油滴迅速上升出视场，不带电的油滴下落出视场，约10s后油滴减少。选择那种上升缓慢的油滴作为暂时的目标油滴，切换“0V/工作”键，这时极板间的电压为0V，在暂时的目标油滴中选择下落速度为每格3～4s的作为最终的目标油滴，调节调焦旋钮使该油滴最小最亮。

　　（2）平衡电压的确认

　　目标油滴聚焦到最小最亮后，仔细调整平衡时的“电压调节”使油滴平衡在某一格线上，等待一段时间（大约两分钟），观察油滴是否飘离格线。若油滴始终向同一方向飘离，则需重新调整平衡电压；若其基本稳定在格线或只在格线上下做轻微的布朗运动，则可以认为油滴达到了力学平衡，这时的电压就是平衡电压。

　　（3）控制油滴的运动

　　将油滴平衡在屏幕顶端的第一条格线上，将工作状态按键切换至“0V”，绿色指示灯点亮，此时上、下极板同时接地，电场力为零，油滴在重力、浮力及空气阻力的作用下作下落运动。油滴是先经一段变速运动，然后变为匀速运动，但

　　页眉内容

　　变速运动的时间非常短（小于0.01s，与计时器的精度相当），所以可以认为油滴是立即匀速下落的。当油滴下落到有0标记的格线时，立刻按下“计时”键，计时器开始记录油滴下落的时间；待油滴下落至有距离标志（1.6）的格线时，再次按下计时键，计时器停止计时（计时位置见错误!未找到引用源。3-3），此时油滴停止下落。“0V/工作”按键自动切换至“工作”，“平衡/提升”按键处于“平衡”，可以通过“确认”键将此次测量数据记录到屏幕上。将“平衡/提升”按键切换至“提升”，这时极板电压在原平衡电压的基础上增加约200V的电压，油滴立即向上运动，待油滴提升到屏幕顶端时，切换至“平衡”，找平衡电压，进行下一次测量。每颗油滴共测量5次，系统会自动计算出这颗油滴的电荷量。

　　（开始下落的位置）

　　0

　　（开始记时的位置）

　　图平衡法计时位置示意图

　　33-3。油滴下落距离。3.正式测量。（1）、在前面步骤选择合适油滴的基础上，将“0V/工作”状态按键切换至“0V”，1.6

　　（结束记时的位置）

　　此时油滴开始下落，当油滴下落到有“0”标记的格线时，立即按下计时开始键，（停止下落的位置）

　　同时计时器启动，开始记录油滴的下落时间t。

　　（2）当油滴下落至有距离标记的格线时（例如：1.6），立即按下计时结束键，同时计时器停止计时，油滴立即静止，“0V/工作”按键自动切换至“工作”。通过“确认”按键将这次测量的“平衡电压和匀速下落时间”结果同时记录在监视器屏幕上。

　　（3）将“平衡/提升”按键置于“提升”，油滴将向上运动，当回到高于有“0”标记格线时，将“平衡/提升”键切换至平衡状态，油滴停止上升，重新调整平衡电压。（注意：如果此处的平衡电压发生了突变，则该油滴得到或失去了电子。这次测量不能作数，从步骤②开始重新找油滴。）

　　（4）重复（1）（2）（3），并将数据（平衡电压V及下落时间t）记录到屏幕上。当5次测量完成后，按“确认”键，系统将计算5次测量的平均平衡电压U和平均匀速下落时间t，并根据这两个参数自动计算并显示出油滴的电荷量q。

　　（7）重复上述步骤，共找5颗油滴，并测量每颗油滴的电荷量计算定出每个油滴的n和e，最后求出e再与4.

　　数据记录及处理表格

　　e公认比较，算出百分偏差。

　　页眉内容

　　表

　　33-1油滴

　　序号

　　1平衡电压

　　次数

　　V/V12345平均

　　12345平均

　　12345平均

　　下降时间

　　/10?19C

　　T/s

　　ne/10?19C

　　23六、注意事项

　　1、CCD盒、固定螺钉、摄像镜头的机械位置不能变更，否则会对像距及成像角度造成影响。

　　2、仪器使用环境：温度为（0-40℃）的静态空气中。

　　3、注意调整进油量开关，应避免外界空气流动对油滴测量造成影响。

　　4、仪器内有高压，实验人员避免用手接触电极。

　　5、实验前应对仪器油滴盒内部进行清洁，防止异物堵塞落油孔。

　　6、注意仪器的防尘保护。

　　七、思考题

　　1.通过实验数据进行分析，指出作好本实验关键要抓住哪几步？造成实验数据测量不准的原因是什么？

　　2.为什么对不同油滴测得的电子电荷最后不能再求平均值来得到电子电荷的测量值？

　　页眉内容

　　附录一

　　ZKY-MLG-6型油滴仪简介1.仪器基本结构

　　实验仪由主机、CCD成像系统、油滴盒、监视器和喷雾器等部件组成。

　　其中主机包括可控高压电源、计时装置、A/D采样、视频处理等单元模块。CCD成像系统包括CCD传感器、光学成像部件等。油滴盒包括高压电极、照明装置、防风罩等部件。监视器是视频信号输出设备。仪器部件示意如错误!未找到引用源。3-4。

　　图33-4主机部件示意图

　　1、CCD盒

　　2、电源插座

　　3、调焦旋钮

　　4、Q9视频接口

　　5、光学系统

　　6、镜头

　　7、观察孔

　　8、上极板压簧

　　9、进光孔10、光源

　　11、确认键

　　12、状态指示灯

　　13、平衡/提升切换键

　　14、0V/工作切换键

　　15、计时开始/结束切换键

　　16、水准泡

　　17、电压调节旋钮

　　18、紧定螺钉

　　19、电源开关

　　20、油滴管收纳盒安放环

　　21、调平螺钉(3颗)

　　CCD模块及光学成像系统用来捕捉暗室中油滴的像，同时将图像信息传给主机的视频处理模块。实验过程中可以通过调焦旋钮来改变物距，使油滴的像清晰地呈现在CCD传感器的窗口内。

　　电压调节旋钮可以调整极板之间的电压大小，用来控制油滴的平衡、下落及提升。

　　计时“开始/结束”按键用来计时、“0V/工作”按键用来切换仪器的工作状态、“平衡/提升”按键可以切换油滴平衡或提升状态、“确认”按键可以将测量数据显示在屏幕上，从而省去了每次测量完成后手工记录数据的过程，使操作者把更多的注意力集中到实验本质上来。

　　油滴盒是一个关键部件，具体构成,如错误!未找到引用源。3-5所示。

　　图

　　33-5油滴盒装置示意图

　　1、喷雾口2、进油量开关3、防风罩4、上极板5、油滴室6、下极板7、油雾杯

　　8、上极板压簧9、落油孔

　　上、下极板之间通过胶木圆环支撑，三者之间的接触面经过机械精加工后可以将极板间的不平行度、间距误差控制在0.01mm以下；这种结构基本上消除了极板间的“势垒效应”及“边缘效应”，较好地保证了油滴室处在匀强电场之中，从而有效地减小了实验误差。

　　页眉内容

　　胶木圆环上开有两个进光孔和一个观察孔，光源通过进光孔给油滴室提供照明，而成像系统则通过观察孔捕捉油滴的像。照明由带聚光的高亮发光二极管提供，其使用寿命长、不易损坏；油雾杯可以暂存油雾，使油雾不会过早地散逸；进油量开关可以控制落油量；防风罩可以避免外界空气流动对油滴的影响。

　　2.实验界面

　　在完成参数设置后，按确认键，监视器显示实验界面，如错误!未找到引用源。3-6。不同的实验方法的实验界面有一定差异。

　　（极板电压）

　　（计时时间）

　　0

　　（电压保存提示栏）

　　（保存结果显示区）

　　（共5格）

　　极板电压：实际加到极板的电压，显示范围：0～1999V。

　　（下落距离栏）

　　图

　　33-6实验界面示意图

　　（距离标志）

　　（实验方法栏）

　　（仪器生产厂家）

　　计时时间：计时开始到结束所经历的时间，显示范围：0～99.99S。

　　电压保存提示：将要作为结果保存的电压，每次完整的实验后显示。当保存实验结果后（即按下确认键）自动清零。显示范围同极板电压。

　　保存结果显示：显示每次保存的实验结果，共5次，显示格式与实验方法有关。

　　平衡法：

　　（平衡电压）

　　动态法：

　　（提升电压）

　　（平衡电压）

　　（下落时间）

　　（上升时间）

　　（下落时间）

　　当需要删除当前保存的实验结果时，按下确认键2秒以上，当前结果被清除(不能连续删)。

　　下落距离：显示设置的油滴下落距离。当需要更改下落距离的时候，按住平衡、提升键2秒以上，此时距离设置栏被激活(动态法1步骤和2步骤之间不能更改)，通过

　　+键（即平衡、提升键）修改油滴下落距离，然后按确认键确认修改。距离标志相应变化。

　　距离标志：显示当前设置的油滴下落距离，在相应的格线上做数字标记，显示范围：0.2mm～1.8mm。垂直方向视场范围为2mm，分为10格，每格0.2mm。

　　实验方法：显示当前的实验方法（平衡法或动态法），在参数设置界面设定。欲改变实验方法，只有重新启动仪器（关、开仪器电源）。对于平衡法，实验方法栏仅显示“平衡法”字样；对于动态法，实验方法栏除了显示“动态法”以外，还显示即将开始的动态法步骤。如将要开始动态法第一步(油滴下落)，实验方法栏显示“1动态法”。同样，做完动态法第一步骤，即将开始第二步骤时，实验方法栏显示“2动态法”。

　　页眉内容

　　仪器生产厂家：显示生产厂家。

　　附录二

　　常用参数表

　　表33-2

　　油滴仪专用的油密度随温度变化表

　　温度（?C)

　　099110986209813097640971表33-3

　　空气的动态粘度η

　　t（?C)

　　010203040506070801.7101.7601.8101.8571.9641.9811.9982.0442.081附录三

　　油滴仪测定基本电荷的另一种方法

　　最初的密立根油滴实验是利用(33-8)式，即测出平衡电压Vn、匀速下降速度?g，求出ne，定出e。后来密立根又进行了改进，以后对于e的测量大多采用以下方法：改变带电油滴的带电量或改变极板之间的场强（即改变极板间的电压），测出油滴在有电场存在时的匀速运动速度?E，而后定出电子电荷e。具体方法为：如在两极板间不加电压，油滴在空气中均速降落时，将同时受到重力和空气阻力的作用，且两者平衡，mg?6??a0?g

　　即

　　43?a0?g?6??a0?g

　　（33-12）

　　则

　　a0?9??g2?g

　　（33-13）

　　如果在两极板间加上任意电压V，当油滴在电场中匀速上升时（速度为?E，?E与?g反向）则有

　　qE?mg?6??a0?E

　　由（33-12）、（33-13）及（33-14）式得

　　（33-15）

　　（33-14）

　　4932?g12d(?g??E)

　　q??(?)()32?gV

　　页眉内容

　　由于油滴很小，（33-15）式中η也应修正

　　????1?代入（33-15）式得

　　bpa0

　　4932?g12db32

　　q?ne??(?)()(?g??E)?(1?)

　　32?gVpa0其中?g?

　　（33-16）

　　Lgtg，?E?LE。

　　tE如果取Lg?LE?0.002m，并将π、η、d、ρ、g、b、p等数值代入（33-16）式则可写成

　　q=ne=1.43?10-14(1tE1tg)32V?tg(10.02tg)

　　（33-17）

　　如果电压V加上后，油滴?E的方向与不加电压时油滴?g的方向相同，则

　　q=ne=1.43?10-14(1tg1tE)32V?tg(10.02tg)

　　（33-18）

　　实验中测出V，tg及tE，利用(33-17)式或(33-18)式，即可算出q，再由qe公认定出n，然后求出e实验?qn。(这里所用符号的物理意义与前面完全一样)

篇五：基本电荷量的测量物理实验报告

tle>大一下物理实验【实验报告】-密立根油滴法测电子电荷-百度文库

　　东

　　南

　　大

　　学

　　物

　　理

　　实

　　验

　　报

　　告

　　姓名

　　学号

　　指导老师

　　日期

　　座位号

　　报告成绩

　　实验名称

　　密立根油滴法测电子电荷

　　目

　　录

　　预习报告……………………………………………2~5实验目的……………………………………………………2实验仪器……………………………………………………2实验中的主要工作…………………………………………2预习中遇到的问题及思考…………………………………3实验原始数据记录…………………………………………4实验报告…………………………………………6~12实验原理………………………………………………………

　　实验步骤………………………………………………………

　　实验数据处理及分析…………………………………………

　　讨论……………………………………………………………

　　实验目的：

　　1、学会使用密立根油滴仪等实验仪器

　　2、掌握密立根油滴法测定电子电荷的试验方法

　　3、领悟密立根实验的设计思想

　　4、进一步掌握处理实验数据的方法

　　实验仪器（包括仪器型号）：

　　仪器名称

　　密立根油滴仪

　　型号规格

　　MOD-5生产厂家

　　南京培中科技开发研究所

　　实验中的主要工作：

　　1、调整仪器：将仪器放平，调节仪器底部左右两只调平螺丝，使仪器水平，仪器预热10分钟，将油从油雾室旁的喷雾口喷入，微调测微显微镜的调焦手轮。

　　2、测量练习：练习控制油滴。

　　3、正式测量：对同一颗油滴进行6~8次测量，而且每次测量都要重新调整平衡电压，用同样的方法再进行。

　　4、数据处理：验证电荷的不连续性并测定电子电荷值e。

　　5、仔细观察显微镜视场中看到的大小、明暗、降落快慢各异的油滴的表现。

　　预习中遇到的问题及思考：

　　1、若油滴室内两容器极板不平行，对实验结果有何影响？

　　答：若油滴室内两容器极板不平行，则油滴所受电场力不在竖直方向上，故不能保证油滴做直线运动，计算公式条件不成立，求出来的电子电荷数量不准确。

　　2、若所加视场方向使得电荷所受电场力方向与重力方向相同，能否利用本实验的理论思想和方法测得电子电荷e？

　　答：若所加视场方向使得电荷所受电场力方向与重力方向相同，也能利用本实验的理论思想和方法测得电子电荷e，不过只能用动态法测量，并且要修改相应受力关系式。

　　实验原始数据记录：

　　油的密度

　　p=981kg/m3

　　重力加速度

　　g=9.80m/s2仪器编号

　　油A-07

　　空气的粘滞系数

　　n=1.83*10-5kg/(m*s)

　　油滴匀速下降的距离取

　　l=2.00*10-3m

　　修正常数

　　b=8.22*10-3m*pa

　　大气压强

　　P=1.013*105pa平行极板距离

　　d=5.00*10-3m代入以上数据可得

　　油滴编号

　　1#U/V3413403383393403382#U/V3#U/V2812822822812822832824#U/V5#U/V2872882872862862882876#U/V323323322321322323322次数

　　t/st/s32.330.631.231.432.131.831.6t/st/s22.621.622.122.422.822.322.3t/s39.839.740.039.840.239.739.9t/s45.646.145.846.046.245.946.0123456

　　油滴

　　编号

　　数据

　　处理

　　23.917324.017424.117423.917324.117423.817324.017426.123426.223525.923426.023426.323626.123526.1235平均值

　　3391#2#3#4#5#6#q/(10-19c3.10)q/e取整n测量值e(10-19c)3.542.18821.7710.633.292.0621.6453.444.963.1031.6533.311.6561.03511.6563.501.781.1311.7811.251.942

　　1.553.10

　　对实验结果的分析

　　在实验误差允许范围内，可知各油滴所带电荷量都约为1.6*10-19C的整数倍，且不连续分布。

　　一、实验原理

　　用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的水平放置的平行极板之间，在油的喷射分散过程中，摩擦作用使得油滴带电，设油滴的质量为m，所带的电量为q，两极板间的电压为U，调节U，可使油滴静止在某一位置，忽略空气对油滴的浮力作用，则在平衡状态下有，即

　　……①

　　其中m是一个微观量，无法从实验直接测量，需要采用特殊的方法间接测量：撤除平行板间的电压，油滴在重力作用下加速降落，随即便有空气的黏性阻力Fr作用在油滴上，重力与黏性阻力合作用的结果使得油滴很快达到以恒定速度v下落，粘滞阻力fr与重力mg平衡，即fr=6πrηv=mg……②

　　式中η是空气的黏滞系数，r是油滴的半径（由于表面张力的原因，油滴总是呈小球状）设油滴的密度为ρ，则

　　故由①②③得：

　　……④

　　……③

　　密立根在当年的实验中发现，斯托克斯公式fr=6πrηv应用于非常小的油滴时，应该对黏滞系数η进行一个除以

　　的修正，其中b为修正常数，b=8.22×10-3m·Pa；p为大气压强，单位为Pa，④式中速度v可通过测量在平行板电压为零的状态下，油滴匀速下降的距离l和相应的时间t得到v=l/t……⑤

　　将⑤式代入④式并考虑η的修正得

　　……⑥

　　本实验中油的密度ρ=9.81Kg·m-3，重力加速度g=9.80m/s2

　　空气的黏滞系数η=1.83×10-5Kg·m-1·s-1，油滴匀速下降的距离l=2.0×10-3m

　　修正常数b=8.22×10-3m·Pa，大气压强p=1.013×105Pa平行板间距离d=5.0×10-3m代入⑥式得

　　二、实验步骤

　　1、调整仪器：将仪器放平，调节仪器底部左右两只调平螺丝，使仪器水平。仪器预热十分钟，将油从油雾室旁的喷雾口喷入（喷一次即可），微调测量显微镜的调焦手轮，使视场中出现大量清晰的油滴。

　　2、练习测量：练习控制油滴，在平行极板上加上平衡电压（约250V），工作电压选择开关置（平衡）挡，驱走不需要的练习控制油滴，直到剩下几颗缓慢运动的油滴为止。注视其中的某一颗油滴，仔细调节平衡电压，使这颗油滴静止不动。然后去掉平衡电压，让它自由下降，下降一段距离后再加上“提升”电压，使油滴上升。如此反复多次地进行练习，以掌握控制油滴的方法。

　　练习测量油滴运行的时间，任意选择几颗运动速度快慢不同的油滴，用计时器测出它们下降一段距离所需要的时间，或者加上一定的电压，测出它们上升一段距离所需要的时间，如此反复多练习几次。

　　3.正式测量：在视场分划板的中央部分选定测量的一段距离l，对同一颗油滴应进行6次测量，而且每次测量都要重新调整平衡电压。用同样方法分别对6颗油滴进行测量。

　　4.数据处理

　　本实验中。为了证明电荷的不连续性，并得到基本电荷值e，应对实验测得的各油滴的电量q求最大公约数，即基本电荷值e。本次实验采用倒过来验证的办法进行数据处理，即用公认的电子电荷值e=1.60×10-19C去除以实验测得的电量q，得到一个接近于某个整数的数值，这个整数就是油滴所带的基本电荷的数目n。再用这个n去除以实验测得的电量，即电子电荷值e。

　　三、实验数据及分析

　　油滴编号

　　1#U/V2#U/V3#U/V4#U/V5#U/V6#U/V次数

　　t/st/st/st/st/st/s

　　123456

　　油滴

　　编号

　　数据

　　处理

　　34134033833934033823.917324.017424.117423.917324.117423.817324.017432.330.631.231.432.131.831.628128228228128228328226.123426.223525.923426.023426.323626.123526.123522.621.622.122.422.822.322.328728828728628628828739.839.740.039.840.239.739.932332332232132232332245.646.145.846.046.245.946.0平均值

　　3391#2#3#4#5#6#q/(10-19c3.10)q/e取整n测量值e(10-19c)3.542.18821.7710.633.292.0621.6453.444.963.1031.6533.311.6561.03511.6563.501.781.1311.7811.251.942

　　1.553.10对实验结果的分析

　　在实验误差允许范围内，可知各油滴所带电荷量都约为1.6*10-19C的整数倍，且不连续分布。

　　四、讨论

　　1、试验中，有时油滴有漂移现象，例如油滴做定向漂移或作乱漂移，试分别分析其产生的原因和解决的方法。

　　答：①水准泡是用来检查油滴盒电极板水平的，使用久后，油滴漂移可能与水准泡是否松动有关。

　　②检查上极板和绝缘环有没有放平整，有没有翘起来，否则油滴所受的电力场和重力不在同一条直线上，油滴就要漂移。

　　③检查石英玻璃窗有没有掉下来，空气通过观察孔对流，从而使油滴漂移。

　　2、甲乙两同学都用倒过来验证的方法处理数据，甲同学跟踪测定一个油滴得到的数据是，乙同学跟踪测定一个油滴得到的数据是，比更接近电子电荷的公认值e，乙同学认为他选择的油滴比甲同学的油滴更加合适一些，你的观点如何？

　　答：我认为甲同学的测定更加精准一些，本实验要求需取整的数应无限接近于离其最近的整数，这样实验数据误差才更小，从而证明了电荷带电量的不连续性。

篇六：基本电荷量的测量物理实验报告

tle>基本测量实验报告-百度文库

　　课程编号

　　得分

　　教师签

　　名

　　批改日

　　期

　　课程名称:大学物理实验（一）

　　实验名称:基本测量实验

　　学

　　院:指导教师：—

　　报告人：___________________组号:学号___________________实验地点

　　实验时间：

　　提交时间：

　　一、实验目的：

　　1.

　　要求掌握游标卡尺、千分尺的测量原理和使用方法，通过清晰地展现长度测量技术的进步

　　过程，体会人类智慧的魅力；

　　2.

　　通过求出铜管的体积，理解不确定度的计算方法和最后结果的科学表示方法，着重培养和

　　提高实验者

　　的实验步骤与表格制定能力。

　　二、实验原理：

　　1.游标卡尺的基本原理

　　为了使米尺测得更准一些，在米尺上附加一个能够滑动的有刻度的小

　　尺（称为游标），这样就构成了游标卡尺，如图

　　1-1所示。

　　n个刻度，它的总

　　一般游标卡尺的刻度方法有：游标卡尺的游标上有

　　长与主尺上（n-1）个刻度的总长相等。设主尺每个刻度的长为

　　y，游标每

　　个刻度的长为x，则有

　　nx=（n-1）y，由此求得主尺与游标每个刻度的差值3为

　　:

　　3=y-x=y/n差值3正是游标卡尺能读准的最小读数值，就是游标卡尺的分度值，称为游标的精度，按上述原理刻度的方法称为差示法。

　　2.螺旋测微计（千分尺）的基本原理

　　螺旋测微计是比游标卡尺更精密的长度测量仪器。

　　对于螺距为y的螺旋，每转一周螺旋将沿轴线方向移动一个螺距

　　y。如

　　果转了

　　1/n周（n是沿螺旋一周总的刻度线数目），螺旋将沿轴线移动

　　y/n的距离，y/n称为螺旋测微计的分度值。

　　因此，借助螺旋的转动，把沿轴线方向移动的不易测量的微小距离，转

　　变为圆周上移动的较大距离表示出来，这就是所谓的机械放大原理。螺旋

　　测微计是根据此原理制成的。

　　常见的螺旋测微计的结构如图1-2所示，它的主要部分是一根测微螺轩，其螺距是0.5mm,当螺杆旋转一周时，螺杆就沿轴线前进或后退

　　杆外部附着一个微分筒，沿微分筒的圆周有

　　0.5mnr。螺

　　50条等分刻度线，当微分筒转

　　过一条刻度线时，测微螺杆就移动

　　0.5/50mm=0.01mm因此，螺旋测微计的

　　分度值是0.01mm,即千分之一厘米，千分尺因此而得名。实验室常用的螺

　　旋测微计的量程是25mm分度值0.01mm

　　螺旋测微计测量前先检查“

　　0”点。轻轻转动微分筒，推动螺杆前进，当听到“咯、咯”两声时就停止转动。这时的零点读数若不为零，就有零

　　差出现，其校政方法如下：

　　设零点的读数为

　　Lo,待测物的读数为L，则待测物的实际长度

　　L"=L-Lo,其零点差值

　　Lo可正可负。顺刻度线序列的

　　Lo记为正值，逆刻度线序列的

　　Lo记为负值。如图1-3（a）中，Lo=-O.O1Omm，而图

　　1-3（

　　b）中,Lo=o.o22mm.

　　二实验仪器：

　　仪器名称

　　组号

　　型号

　　量程

　　分度值

　　△仪

　　螺旋测微

　　器

　　游标卡尺

　　圆环、粗铜丝、细铜丝

　　四、实验内容和步骤：.

　　1.用游标卡尺测量圆环的外径

　　D内径d和高H

　　提示：表格中要有记录卡尺的零点误差、卡尺的仪器误差、外径

　　D内

　　径d、高度H的单位和各量不确定度的列以及

　　k次测量的行，并有最后获得

　　的平均值的行。

　　2.用螺旋测微计测量粗铜丝、细铜丝的直径（

　　提示：表格中要有记录千分尺零点、千分尺基础误差、粗铜丝直径D1、细铜丝直径D2的单位和各量不确定度的列以及

　　k次测量的行，并有最后获

　　得的平均值的行。

　　五、数据记录：

　　组号：

　　；姓名

　　1用游标卡尺

　　R测量圆筒的外径

　　D内径d、和高H;

　　卡尺零点误差：

　　；卡尺的仪器误差

　　k

　　D)

　　d()

　　H()

　　平均

　　2、用螺旋测微计测量粗铜丝、细铜丝的直径

　　千分尺零点：

　　_____________

　　千分尺仪器误差

　　k

　　Di()

　　D2()

　　平均

　　六、数据处理:

　　1、计算圆筒的外径D,并计算

　　D

　　2、计算圆筒的内径d,并计算

　　d

　　3、计算圆筒的高H,并计算

　　H

　　4、计算圆筒体积

　　V,并计算

　　V

　　5、计算粗铜丝直径D1及D1

　　6、计算细铜丝直径

　　D2及

　　D2

　　7、间接量B

　　提示：B

　　BDiD2D，计算B的平均值、相对不确定度和绝对不确定iD2度。

　　D2Di

　　七、实验结果与讨论：

　　实验结果1:圆筒的外径：

　　D

　　(

　　P=

　　实验结果2：

　　圆筒的内径：

　　d

　　(

　　P=

　　实验结果3：

　　圆筒的高：

　　H

　　(

　　P=

　　实验结果4:圆筒体积：

　　V

　　(

　　P=

　　实验结果5：

　　粗铜丝的直径：

　　Di

　　(

　　P=

　　实验结果6：

　　粗铜丝的直径：

　　D2

　　（P=

　　实验结果7：

　　B

　　(P=实验讨论：

　　八、思考题

　　1.

　　如何更大程度地减少试验误差。

　　答：在同一条件下多次重复实验，取平均值作为实验结果，可以更大程度地减少试验误差。

　　2.

　　如何更好地记录实验数据。

　　如果用它们测量约7cm的长度，问各能读得几位有效数字？

　　答：

　　（1）

　　在计量器具的刻度标尺上，最小格所代表的被测尺寸的数值叫做分度值，分度值又称刻度值（最小刻度值）；

　　（2）

　　米尺、20分度游标卡尺和螺旋测微器的分度值为

　　1mm0.05mm0.01mm；

　　（3）

　　用它们测量约7cm的长度读得的有效数字位分别为

　　4位，4位，5位。

　　)))))))

　　5.使用螺旋测微计时应注意些什么？

　　答：

　　①

　　测量时，注意要在测微螺杆快靠近被测物体时应停止使用旋钮，而改用微调旋钮，避免产生过

　　大的压力，既可使测量结果精确，又能保护螺旋测微器。

　　②

　　在读数时，要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出。

　　③

　　读数时，千分位有一位估读数字，不能随便扔掉，即使固定刻度的零点正好与可动刻度的某一

　　刻度线对齐，千分位上也应读取为“0”。

　　指导教师批阅意见:成绩评定：

　　预习

　　（20

　　分）

　　思考题

　　操作及记录

　　数据处理与结果陈述

　　30分

　　（40分）

　　10分

　　报告整体

　　印象

　　总分

　　指导教师签字:2

　　DiDiD2D2DiD2

　　答：在记录时，需要遵循五性原则：

　　DiD2

　　]2

　　[

　　-------------

　　）原始性：不允许再作改动、不能修改

　　）及时性：立即记录、不能回忆

　　）完整性：实验的条件、实验的过程、观察到的现象、测量到的数据等等

　　）系统性：一两次实验记录、连续观察和记录

　　）客观性：不作任何评论和解释

　　3.用游标卡尺、螺旋测微计长度时，怎样读出毫米以下的数值？

　　答：游标卡尺找主尺与游标尺对齐的刻度线读数，再乘以分度值；螺旋测微器找到套筒上的整刻

　　度数乘以0.01，然后再估读一位。

　　4.何谓仪器分度值？米尺、20分度游标卡尺和螺旋测微计的分度值各为多少?④

　　当小砧和测微螺杆并拢时，可动刻度的零点与固定刻度的零点不相重合，将出现零误差，应加

　　以修正，即在最后测长度的读数上去掉零误差的数值。

　　6.有一角游标，主尺29度（29分格）对应于游标30个分格，问这个角游标的

　　分度值是多少？有效数字最后

　　1位应读到哪一位？

　　答：这个角游标的分度值是

　　1"，有效数字最后一位读到百分位。

　　7.已知一游标卡尺的游标刻度有

　　50个,用它测得某物体的长度为

　　5.428cm,那

　　么，在主尺上的读数是多少？通过游标的读数是多少？游标上的哪一刻线与主

　　尺上的某一刻线对齐？

　　答：，L=5.428cm=54.28mm该游标卡尺是50分度游标卡尺，其分度10日内

　　值为0.02mm,由此可得？pkyL??=1k+0.02p=54.28mm,由此可解得，k=54，p=14。故主尺上的

　　读数为54mm通过游标的读数是0.28mm，游标上的第14个刻线与主尺上的第

　　68个刻度对齐。

　　备注:注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充

　　2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后

篇七：基本电荷量的测量物理实验报告

tle>实验33++元电荷的测定-百度文库

　　文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.实验33

　　元电荷的测定

　　1897年,J.J.汤姆逊发现了电子后，许多科学家为测量电子的电荷量进行了大量的实验探索工作。其中，美国物理学家密立根（，历时七年之久，通过测量微小油滴所带的电荷，不仅证明了电荷的不连续性，即所有的电荷都是基本电荷e的整数倍，而且测得了基本电荷的准确值。电荷e是一个基本物理量，它的测定还为从实验上测定电子质量、普朗克常数等其他物理量提供了可能性，密立根因此获得了1923年的诺贝尔物理学奖。

　　密立根油滴实验用经典力学的方法，揭示了微观粒子的量子本性。它的构思巧妙，设备简单，结果准确，是一个著名而有启发性的物理实验。本实验就是采用密立根油滴实验的方法来测定电子的电荷值e的。实验中油滴非常微小（半径约为10?9m，质量约为10?15kg），进行本实验需具备严谨的科学态度、严格的实验操作、准确的数据处理，才能得到较好的实验结果。

　　一、实验目的

　　1.了解油滴仪测定油滴带电量的基本原理及实验方法。2.测定电子的电荷值

　　e并验证电荷的不连续性。

　　二、实验仪器

　　密立根油滴仪、喷雾器等。

　　三、实验原理1.基本原理

　　实验中，用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的水平放置的平行极板之间，如图33-1所示。油滴在喷射时由于摩擦，一般都会带电。设油滴的质量为m，所带电量为q，加在两平行极板之间的电压为V，油滴在两平行极板之间将受到两个力的作用，一个是重力mg，一个是电场力qEqV。通过调节加在两极板之d间的电压V，可以使这两个力大小相等、方向相反，从而使油滴达到平衡，悬浮在两极板之间。此时有

　　mg?qE?qV

　　(33-1)

　　d其中，m为油滴的质量（约10?15kg），q为油滴所带的电量，d为两极板间的距1文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.

　　文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.离，V为油滴平衡不动时所加电压。

　　图33-1

　　图33-2为了测出

　　q值，除测定d、V外，还需要测定

　　m，油滴的

　　m很小，需要用如下方法测定。

　　2.油滴质量

　　m的测定

　　如图33-2所示，平行板未加电压时，油滴受重力而加速下降，但空气的粘滞性对油滴所产生的阻力与速度成正比，由stokes定律知fr6a0g，油滴下降一段距离后，油滴匀速下降，阻力与重力平衡（忽略空气浮力），有

　　fr6a0gmg

　　(33-2)

　　其中，是空气的粘滞系数，a0为油滴的半径，约10?6m（油滴由于表面张力，总是呈小球状），?g为油滴匀速下降时的运动速度。设油的密度为，油滴的质量又可表示为

　　m?4?a03?

　　(33-3)将(33-3)式代入(33-2)式得

　　a0?9??g2?g

　　(33-4)

　　对于半径小于10?6m的小球，大小与空气孔隙相近，空气介质不能再认为是均匀的，粘滞系数应修正为????1?b，式中b为一修正常数，p为大气压强，这pa0时a0应改为a1，其中

　　a19g1bpa02g1

　　(33-5)(33-5)式根号中仍含有a0，但它处于修正项中，不需十分精确，仍可用(33-4)式计算。将(33-5)式代入(33-3)式，得

　　m

　　9g43(1bpa02g1)32

　　(33-6)

　　2文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.

　　文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.3．?g的测定

　　当电压V=0时，测出油滴在平行极板间匀速下降

　　L距离所用的时间

　　t，则

　　?g?L

　　t

　　(33-7)4．q的计算公式

　　将(33-6)式、(33-7)式代入(33-1)式，整理后得32

　　q18Lb2gt(1)pa0d

　　V

　　(33-8)

　　其中，油的密度ρ=(991-0.5T)kg?m?3(它随温度变化)，重力加速度T?2732()?3832273?1.73?10?5N.S.m?2，油滴g=9.7905ms，空气的粘滞系数??T?3833匀速下降距离L=1.60?10?3m，修正常数b=8.23?10?3N.m?1，大气压强p=101325Pa，平行极板距离d=5.00?10?3m将以上数据代入(33-8)式，得

　　q

　　1.02101432t(10.0196t)5．电荷的不连续性

　　（33-9）

　　V实验发现：(1)对于同一个油滴，如果改变它所带的电量（如加放射源、X射线等），则能够使油滴达到平衡的电压必须是某些特定的值Vn，研究Vn的规律，可以发现Vn满足下列方程

　　nemgd

　　（33-10）

　　Vn

　　q其中n=±1，±2，……，而e则是一个不变的值。这表示电量

　　q是不连续的，是最小单位e（电子电荷值）的整数倍。

　　(2)对于不同的油滴，可以发现有同样的规律，而且e值是相同的常数，这说明电荷是不连续的，电荷存在着最小的电荷单位，也即是电子的电荷值e。于3文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.

　　文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.是，（33-8）式可化为

　　???18???L???

　　ne?b2?g?t(1?)??pa0???32?d

　　（33-11）

　　V根据式(33-11)即可测出电子的电荷值e，验证电子电荷的不连续性。

　　四、实验内容

　　1．测定油滴所带电量q

　　调节平衡电压值，使油滴平衡不动，记录此时的平衡电压V，测定油滴在平衡极板间匀速下降1.6mm所用的时间t。根据公式（33-9），计算油滴所带电量q。

　　2．验证电荷的不连续性

　　为了证明电荷的不连续性和所有电荷都是基本电荷e的整数倍，并求得

　　e值，我们用“倒过来验证”的办法进行数据处理，即用实验测得

　　q与公认的电子电荷值（e=1.6021892×10?19C）相比较，定出n（取最接近的整数），最后用q/n求出实验值e实验。

　　五、实验步骤1.仪器调节

　　（1）水平调整

　　调整实验仪主机的调平螺钉（21）(俯视时，顺时针平台降低，逆时针平台升高)，直到水准泡正好处于中心（注：严禁旋动水准泡上的旋钮）。将实验平台调平，使平衡电场方向与重力方向平行以免引起实验误差。极板平面是否水平决定了油滴在下落或提升过程中是否发生左右的漂移。

　　（2）喷雾器调整

　　将少量钟表油缓慢地倒入喷雾器的储油腔内，使钟表油湮没提油管下方，油不要太多，以免实验过程中不慎将油倾倒至油滴盒内堵塞落油孔。将喷雾器竖起，用手挤压气囊，使得提油管内充满钟表油。

　　(3)、开机

　　a、打开实验仪电源及监视器电源，监视器出现仪器名称及研制公司界面。

　　b、按主机上任意键：监视器出现参数设置界面，先设置实验方法，然后根4文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.

　　文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.据该地的环境适当设置温度、重力加速度、油密度、大气压强、油滴下落距离。(“←”表示左移键、“→”表示为右移键、“+”表示数据设置键。)c、按确认键后出现实验界面：将工作状态切换至“工作”，红色指示灯亮，将平衡、提升按键设置为“平衡”。

　　（4）CCD成像系统调整

　　从喷雾口喷入油雾，此时监视器上应该出现大量运动油滴的像。若没有看到油滴的像，则需调整调焦旋钮或检查喷雾器是否有油雾喷出。

　　2.练习测量

　　（1）选择合适的油滴（下落时间20～30s,电压250～300vdc）

　　根据油滴在电场中受力平衡公式qv/d=4πa3ρg/3以及多次实验的经验，当油滴的实际半径在0.5-1μm时最为适宜。若油滴过小，布朗运动影响明显，平衡电压不易调整，时间误差也会增加；若油滴过大，下落太快，时间相对误差增大，且油滴带多个电子的几率增加，前面说到，我们希望合适的油滴最好带1-5个电子。

　　操作方法：按键设置状态分别为；“结束”、“工作”、“平衡”状态，平衡电压调为约400V。喷入油滴，调节调焦旋钮，使屏幕上显示大部分油滴，可见带电多的油滴迅速上升出视场，不带电的油滴下落出视场，约10s后油滴减少。选择那种上升缓慢的油滴作为暂时的目标油滴，切换“0V/工作”键，这时极板间的电压为0V，在暂时的目标油滴中选择下落速度为每格3～4s的作为最终的目标油滴，调节调焦旋钮使该油滴最小最亮。

　　（2）平衡电压的确认

　　目标油滴聚焦到最小最亮后，仔细调整平衡时的“电压调节”使油滴平衡在某一格线上，等待一段时间（大约两分钟），观察油滴是否飘离格线。若油滴始终向同一方向飘离，则需重新调整平衡电压；若其基本稳定在格线或只在格线上下做轻微的布朗运动，则可以认为油滴达到了力学平衡，这时的电压就是平衡电压。

　　（3）控制油滴的运动

　　将油滴平衡在屏幕顶端的第一条格线上，将工作状态按键切换至“0V”，绿色指示灯点亮，此时上、下极板同时接地，电场力为零，油滴在重力、浮力及空气阻力的作用下作下落运动。油滴是先经一段变速运动，然后变为匀速运动，但5文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.

　　文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.变速运动的时间非常短（小于0.01s，与计时器的精度相当），所以可以认为油滴是立即匀速下落的。当油滴下落到有0标记的格线时，立刻按下“计时”键，计时器开始记录油滴下落的时间；待油滴下落至有距离标志（1.6）的格线时，再次按下计时键，计时器停止计时（计时位置见错误!未找到引用源。3-3），此时油滴停止下落。“0V/工作”按键自动切换至“工作”，“平衡/提升”按键处于“平衡”，可以通过“确认”键将此次测量数据记录到屏幕上。将“平衡/提升”按键切换至“提升”，这时极板电压在原平衡电压的基础上增加约200V的电压，油滴立即向上运动，待油滴提升到屏幕顶端时，切换至“平衡”，找平衡电压，进行下一次测量。每颗油滴共测量5次，系统会自动计算出这颗油滴的电荷量。

　　（开始下落的位置）

　　0

　　（开始记时的位置）

　　图平衡法计时位置示意图

　　33-3。油滴下落距离。3.正式测量。（1）、在前面步骤选择合适油滴的基础上，将“0V/工作”状态按键切换至“0V”，1.6

　　（结束记时的位置）

　　此时油滴开始下落，当油滴下落到有“0”标记的格线时，立即按下计时开始键，（停止下落的位置）

　　同时计时器启动，开始记录油滴的下落时间t。

　　（2）当油滴下落至有距离标记的格线时（例如：1.6），立即按下计时结束键，同时计时器停止计时，油滴立即静止，“0V/工作”按键自动切换至“工作”。通过“确认”按键将这次测量的“平衡电压和匀速下落时间”结果同时记录在监视器屏幕上。

　　（3）将“平衡/提升”按键置于“提升”，油滴将向上运动，当回到高于有“0”标记格线时，将“平衡/提升”键切换至平衡状态，油滴停止上升，重新调整平衡电压。（注意：如果此处的平衡电压发生了突变，则该油滴得到或失去了电子。这次测量不能作数，从步骤②开始重新找油滴。）

　　（4）重复（1）（2）（3），并将数据（平衡电压V及下落时间t）记录到屏幕上。当5次测量完成后，按“确认”键，系统将计算5次测量的平均平衡电压U和平均匀速下落时间t，并根据这两个参数自动计算并显示出油滴的电荷量q。

　　（7）重复上述步骤，共找5颗油滴，并测量每颗油滴的电荷量计算定出每个油滴的n和e，最后求出e再与4.

　　数据记录及处理表格

　　6文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.e公认比较，算出百分偏差。

　　文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.

　　表

　　33-1油滴

　　序号

　　1平衡电压

　　次数

　　V/V12345平均

　　12345平均

　　12345平均

　　下降时间

　　/10?19C

　　T/s

　　ne/10?19C

　　23六、注意事项

　　1、CCD盒、固定螺钉、摄像镜头的机械位置不能变更，否则会对像距及成像角度造成影响。

　　2、仪器使用环境：温度为（0-40℃）的静态空气中。

　　3、注意调整进油量开关，应避免外界空气流动对油滴测量造成影响。

　　4、仪器内有高压，实验人员避免用手接触电极。

　　5、实验前应对仪器油滴盒内部进行清洁，防止异物堵塞落油孔。

　　6、注意仪器的防尘保护。

　　七、思考题

　　1.通过实验数据进行分析，指出作好本实验关键要抓住哪几步？造成实验数据测量不准的原因是什么？

　　2.为什么对不同油滴测得的电子电荷最后不能再求平均值来得到电子电荷的测量值？

　　7文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.

　　文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.附录一

　　ZKY-MLG-6型油滴仪简介1.仪器基本结构

　　实验仪由主机、CCD成像系统、油滴盒、监视器和喷雾器等部件组成。

　　其中主机包括可控高压电源、计时装置、A/D采样、视频处理等单元模块。CCD成像系统包括CCD传感器、光学成像部件等。油滴盒包括高压电极、照明装置、防风罩等部件。监视器是视频信号输出设备。仪器部件示意如错误!未找到引用源。3-4。

　　图33-4主机部件示意图

　　1、CCD盒

　　2、电源插座

　　3、调焦旋钮

　　4、Q9视频接口

　　5、光学系统

　　6、镜头

　　7、观察孔

　　8、上极板压簧

　　9、进光孔10、光源

　　11、确认键

　　12、状态指示灯

　　13、平衡/提升切换键

　　14、0V/工作切换键

　　15、计时开始/结束切换键

　　16、水准泡

　　17、电压调节旋钮

　　18、紧定螺钉

　　19、电源开关

　　20、油滴管收纳盒安放环

　　21、调平螺钉(3颗)

　　CCD模块及光学成像系统用来捕捉暗室中油滴的像，同时将图像信息传给主机的视频处理模块。实验过程中可以通过调焦旋钮来改变物距，使油滴的像清晰地呈现在CCD传感器的窗口内。

　　电压调节旋钮可以调整极板之间的电压大小，用来控制油滴的平衡、下落及提升。

　　计时“开始/结束”按键用来计时、“0V/工作”按键用来切换仪器的工作状态、“平衡/提升”按键可以切换油滴平衡或提升状态、“确认”按键可以将测量数据显示在屏幕上，从而省去了每次测量完成后手工记录数据的过程，使操作者把更多的注意力集中到实验本质上来。

　　油滴盒是一个关键部件，具体构成,如错误!未找到引用源。3-5所示。

　　图

　　33-5油滴盒装置示意图

　　1、喷雾口2、进油量开关3、防风罩4、上极板5、油滴室6、下极板7、油雾杯

　　8、上极板压簧9、落油孔

　　上、下极板之间通过胶木圆环支撑，三者之间的接触面经过机械精加工后可以将极板间的不平行度、间距误差控制在0.01mm以下；这种结构基本上消除了极板间的“势垒效应”及“边缘效应”，较好地保证了油滴室处在匀强电场之中，从而有效地减小了实验误差。

　　8文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.

　　文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.胶木圆环上开有两个进光孔和一个观察孔，光源通过进光孔给油滴室提供照明，而成像系统则通过观察孔捕捉油滴的像。照明由带聚光的高亮发光二极管提供，其使用寿命长、不易损坏；油雾杯可以暂存油雾，使油雾不会过早地散逸；进油量开关可以控制落油量；防风罩可以避免外界空气流动对油滴的影响。

　　2.实验界面

　　在完成参数设置后，按确认键，监视器显示实验界面，如错误!未找到引用源。3-6。不同的实验方法的实验界面有一定差异。

　　（极板电压）

　　（计时时间）

　　0

　　（电压保存提示栏）

　　（保存结果显示区）

　　（共5格）

　　极板电压：实际加到极板的电压，显示范围：0～1999V。

　　（下落距离栏）

　　图

　　33-6实验界面示意图

　　（距离标志）

　　（实验方法栏）

　　（仪器生产厂家）

　　计时时间：计时开始到结束所经历的时间，显示范围：0～99.99S。

　　电压保存提示：将要作为结果保存的电压，每次完整的实验后显示。当保存实验结果后（即按下确认键）自动清零。显示范围同极板电压。

　　保存结果显示：显示每次保存的实验结果，共5次，显示格式与实验方法有关。

　　平衡法：

　　（平衡电压）

　　动态法：

　　（提升电压）

　　（平衡电压）

　　（下落时间）

　　（上升时间）

　　（下落时间）

　　当需要删除当前保存的实验结果时，按下确认键2秒以上，当前结果被清除(不能连续删)。

　　下落距离：显示设置的油滴下落距离。当需要更改下落距离的时候，按住平衡、提升键2秒以上，此时距离设置栏被激活(动态法1步骤和2步骤之间不能更改)，通过

　　+键（即平衡、提升键）修改油滴下落距离，然后按确认键确认修改。距离标志相应变化。

　　距离标志：显示当前设置的油滴下落距离，在相应的格线上做数字标记，显示范围：0.2mm～1.8mm。垂直方向视场范围为2mm，分为10格，每格0.2mm。

　　实验方法：显示当前的实验方法（平衡法或动态法），在参数设置界面设定。欲改变实验方法，只有重新启动仪器（关、开仪器电源）。对于平衡法，实验方法栏仅显示“平衡法”字样；对于动态法，实验方法栏除了显示“动态法”以外，还显示即将开始的动态法步骤。如将要开始动态法第一步(油滴下落)，实验方法栏显示“1动态法”。同样，做完动态法第一步骤，即将开始第二步骤时，实验方法栏显示“2动态法”。

　　9文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.

　　文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.仪器生产厂家：显示生产厂家。

　　附录二

　　常用参数表

　　表33-2

　　油滴仪专用的油密度随温度变化表

　　温度（?C)

　　099110986209813097640971表33-3

　　空气的动态粘度η

　　t（?C)

　　010203040506070801.7101.7601.8101.8571.9641.9811.9982.0442.081附录三

　　油滴仪测定基本电荷的另一种方法

　　最初的密立根油滴实验是利用(33-8)式，即测出平衡电压Vn、匀速下降速度?g，求出ne，定出e。后来密立根又进行了改进，以后对于e的测量大多采用以下方法：改变带电油滴的带电量或改变极板之间的场强（即改变极板间的电压），测出油滴在有电场存在时的匀速运动速度?E，而后定出电子电荷e。具体方法为：如在两极板间不加电压，油滴在空气中均速降落时，将同时受到重力和空气阻力的作用，且两者平衡，mg?6??a0?g

　　即

　　43?a0?g?6??a0?g

　　（33-12）

　　则

　　a0?9??g2?g

　　（33-13）

　　如果在两极板间加上任意电压V，当油滴在电场中匀速上升时（速度为?E，?E与?g反向）则有

　　qE?mg?6??a0?E

　　由（33-12）、（33-13）及（33-14）式得

　　（33-15）

　　（33-14）

　　4932?g12d(?g??E)

　　q??(?)()32?gV10文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.

　　文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.由于油滴很小，（33-15）式中η也应修正

　　????1?代入（33-15）式得

　　bpa0

　　4932?g12db32

　　q?ne??(?)()(?g??E)?(1?)

　　32?gVpa0其中?g?

　　（33-16）

　　Lgtg，?E?LE。

　　tE如果取Lg?LE?0.002m，并将π、η、d、ρ、g、b、p等数值代入（33-16）式则可写成

　　qne1.4310V14(1tE1tg)32tg(10.02tg)

　　（33-17）

　　如果电压V加上后，油滴?E的方向与不加电压时油滴?g的方向相同，则

　　qne1.4310V14(1tg1tE)32tg(10.02tg)

　　（33-18）

　　实验中测出V，tg及tE，利用(33-17)式或(33-18)式，即可算出q，再由qe公认定出n，然后求出e实验?qn。(这里所用符号的物理意义与前面完全一样)

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篇八：基本电荷量的测量物理实验报告

tle>电子电荷的测量-实验讲义[1]-百度文库

　　电子电荷的测量

　　——密立根油滴实验

　　由美国实验物理学家密立根(R.A．Millikan)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是一个十分重要的实验。它证明了任何带电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；并精确地测定了基本电荷的数值，为从实验上测定其它一些基本物理量提供了可能性。

　　由于密立根油滴实验设计巧妙、原理清楚、设备简单、结果准确，所以它历来是一个著名而有启发性的物理实验。多少年来，在国内外许多院校的理化实验室里，为千千万万大学生(甚至中学生)重复着。通过学习密立根油滴实验的设计思想和实验技巧，以提高学生的实验能力和素质。

　　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，并测定电子的电荷量e。

　　2．通过实验时对仪器的调整、油滴的选择、耐心地跟踪和测量以及数据的处理等，培养学生严肃认真和一丝不苟的科学实验方法和态度。

　　二、实验原理

　　用油滴法测量电子的电荷，可以用静态（平衡）测量法或动态（非平衡）测量法。前者的测量原理、实验操作和数据处理都较简单，常为非物理专业的物理实验所采用；后者则常为物理专业的物理实验所采用。下面介绍静态(平衡)测量法。

　　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，一般都是带电的。设油滴的质量为m，所带的电荷为q，两极板间的电压为V，则油滴在平行极板间将同时受到重力mg和静电力qE的作用。如图1所示。如果调节两极板间的电压V，可使该两力达到平衡，这时

　　VgqEdmgV

　　图1frmg

　　图2

　　mg?qE?qV

　　(1)d从上式可见，为了测出油滴所带的电量q，除了需测定V和d外，还需要测量油滴的质量m。因m很小，需用如下特殊方法测定：平行极板不加电压时，油滴受重力作用而加速下降，由于空气阻力的作用，下降一段距离达到某一速度υg后，阻力fr与重力mg平衡，如图2所示(空气浮力忽略不计)，油滴将匀速下降。根据斯托克斯定律，油滴匀速下降时

　　fr?6π?Rvg?mg

　　（2）

　　式中η是空气的粘滞系数，R是油滴的半径（由于表面张力的原因，油滴总是呈小球状）。设油的密度为ρ，油滴的质量m可以用下式表示

　　m?43?R?

　　3（3）

　　由(2)式和(3)式，得到油滴的半径

　　R?9?vg2?g

　　（4）

　　对于半径小到10-6米的小球，空气的粘滞系数η应作如下修正

　　?"??b1?pR

　　这时斯托克斯定律应改为

　　fr?6?R?vg

　　b1?pR1式中b为修正常数，b=6.17×10-6米—厘米汞高，p为大气压强，单位用厘米汞高。得

　　R?9?vgb2?g1?pR

　　（5）

　　上式根号中还包含油滴的半径R，但因它处于修正项中，不需十分精确，因此可用(4)式计算。将(5)式代入(3)式，得

　　32??4?9?vg1???

　　（6）

　　m?π?b3?2?g?1??pR???至于油滴匀运下降的速度vg，可用下法测出：当两极板间的电压V为零时，设油滴匀速下降的距离为l，时间为tg，则

　　vg?l

　　（7）

　　tg

　　将(7)式代入(6)式，(6)式代入(1)式，得

　　????18π??l?d

　　（8）

　　q?b??V2?g????t1??g???pR??????实验发现，对于某一颗油滴，如果我们改变它所带的电量q，则能够使油滴达到平衡的电压必须是某些特定值V。研究这些电压变化的规律，可发现，它们都满足下列方程

　　32q?mgd?ne

　　V

　　（9）

　　式中n=±1，±2，……，而e则是一个不变的值。

　　对于每一颗油滴，可以发现同样满足（9）式，而且e值是一个确定的常数，由此可见，所有带电油滴所带的电量，都是最小电量e的整数倍。这个事实说明，物体所带电荷不是以连续方式出现的，而是以一个个不连续的量值出现，这个最小电量e，就是电子的电荷值。

　　e?q

　　n

　　（10）

　　（8）式和（10）式，是用平衡测量法测量电子电荷的理论公式。

　　三、实验仪器

　　根据实验原理，实验仪器——密立根油滴仪，应包括水平放置的平行极板

　　(油滴盒)，调平装置，照明装置，显微镜，电源，计时器(停表或数字毫秒计)，改变油滴带电量从q变到q"的装置，实验油，喷雾器等。本实验使用MOD—5型密立根油滴仪，具体结构为。

　　㈠油滴盒是本仪器很重要部件,机械加工要求很高，其结构见图3812435613710119电压时间12东南大学

　　图3

　　图41．油雾室

　　2．油雾孔开关

　　3.

　　防风罩

　　4．上电极板

　　5．胶本圆环

　　6．下电极板

　　7．底板

　　8．上盖板

　　9．喷雾口

　　10．油雾孔

　　11．上电极板压簧

　　l2．上电极板电源插孔

　　13．油滴盒基座

　　油滴盒防风罩前装有测量显微镜，通过胶木圆环上的观察孔观察平行极板间的油滴。监视器显示屏上有分划板，其总刻度相当于视场中0.400厘米，用以测量油滴运动的距离l。分划板的刻度如图4所示。分划板中间的横向刻度尺是用来测量布朗运动的。

　　㈡仪器面板结构如图5所示。

　　57612密立根油滴实验仪831011249113图5

　　1．

　　电源开关按钮：按下按钮，电源接通，整机工作。

　　2．

　　功能控制开关：有平衡、升降、测量三档。

　　(1)当处于中间位置即“平衡”档时，可用平衡电压调节旋钮3来调节平衡电压，使被测量油滴处于平衡状态。

　　(2)打向“升降”档时，上下电极在平衡电压的基础上自动增加DC200V～300V的提升电压。

　　(3)打向“测量”档时，极板间电压为0V，被测量油滴处于被测量阶段而匀速下落，并同时按下计时/暂停按钮开始计时；油滴下落到预定距离时，迅速按下计时/暂停按钮，同时停止计时。本机也可机外用秒表等计时工具计时。

　　3．

　　平衡电压调节旋钮：可调节

　　“平衡”极板间的电压，电压变化范围DC0～500V左右。

　　4．

　　计时/暂停按钮。

　　5．

　　视频输出插座：CCD摄像头用，输出至监视器，监视器阻抗选择开关拔至75欧处。

　　6．

　　照明灯室：内置半永久性照明灯，单灯使用寿命大于三年。

　　7．

　　水泡：调节仪器底部两只调平螺丝，使水泡处于中间，此时平行板处于水平位置。

　　8．

　　上、下电极：组成一个平行板电容器，加上电压时，板间形成相对均匀电磁场，可使带电油滴处于平衡状态(参见实验原理)。

　　9．

　　秒表清零键：

　　按一下该键，清除内存，秒表显示“O0.O”秒。

　　10．显微镜：显示油滴成像。

　　11．CCD视频输入和CCD电源共用座：CCD成像系统用。

　　12.保险丝盒。

　　13．

　　CCD摄像头。

　　四、实验内容

　　1．调整仪器

　　将仪器放平稳，调节仪器底部左右两只调平螺丝，使水准泡指示水平，这时平行极板处于水平位置。先预热10分钟，利用预热时间，调节监视器，使分划板刻线清晰。

　　将油从油雾室旁的喷雾口喷入（喷一次即可），微调测量显微镜的调焦手轮。这时视场中出现大量清晰的油滴，如夜空繁量。如果视场太暗，油滴不够明亮，可略微调节监视器面板上的微调旋钮。

　　注意：⑴调整仪器时，如果打开有机玻璃油雾室，必须先将平衡电压反向开关放在“O”位置。

　　⑵喷雾时喷雾器应竖拿(参看喷雾器盒子上的示意图)，食指堵住出气孔，喷雾器对准油雾室的喷雾口，轻轻喷入少许油即可。切勿将喷雾器插入油雾室，甚至将油倒出来。更不应该将油雾室拿掉后对准上电极板落油小孔喷油。否则会把油滴盒周围搞脏，甚至把落油孔堵塞。

　　2．练习测量

　　练习控制油滴：用平衡法实验时，在平行极板上加工作（平衡）电压250伏特左右，驱走不需要的油滴，直到剩下几颗缓慢运动的为止。注视其中的某一颗，仔细调节平衡电压，使这颗油滴静止不动。然后去掉平衡电压，让它匀速下降，下降一段距离后再加上平衡电压和升降电压，使油滴上升。如此反复多次地进行练习，以掌握控制油滴的方法。

　　练习测量油滴运动的时间：任意选择几颗运动速度快慢不同的油滴，测出它们下降一段距离所需要的时间。或者加上一定的电压，测出它们上升一段距离所需要的时间。如此反复多练几次，以掌握测量油滴运动时间的方法。

　　练习选择油滴：要做好本实验，很重要的一点是选择合适的油滴。选的油滴体积不能太大，太大的油滴虽然比较亮，但一般带的电荷比较多，下降速度也比较快，时间不容易测准确。油滴也不能选得太小，太小则布朗运动明显。通常可以选择平衡电压在200伏特以上，在20～30秒时间内匀速下降2毫米的油滴，其大小和带电量都比较合适。

　　3．正式测量（平衡测量法）

　　从（11）式可见，用平衡测量法实验时要测量的有两个量。一个是平衡电压V，另一个是油滴匀速下降一段距离l所需要的时间tg。测量平衡电压必须经过仔细的调节，并将油滴置于分划板上某条横线附近，以便准确判断出这颗油滴是否平衡了。

　　测量油滴匀速下降一段距离l所需要的时间tg时，为了在按动停表时有思想准备，应让它下降一段距离后再测量时间。选定测量的一段距离l，应该在平行极板之间的中央部分，即视场中分划板的中央部分。若太靠近上电极板，小孔附近有气流，电场也不均匀，会影响测量结果。太靠近下电极板，测量完时间tg后，油滴容易丢失，影响测量。一般取l=0.200厘米比较合适。

　　对同一颗油滴应进行6～10次测量，而且每次测量都要重新调整平衡电压。如果油滴逐渐变得模糊，要微调测量显微镜跟踪油滴，勿使其丢失。

　　用同样方法分别为4～5颗油滴进行测量，求得电子电荷e。4．数据处理（平衡测量法）

　　根据(8)式

　　32????18π??l?d

　　q?b??V2?g???tg??1?pR?????????式中

　　R?9?l

　　2?gtg油的密度

　　??981kg?m?3

　　重力加速度

　　g?9.80m?s?2

　　空气的粘滞系数

　　η=1.83×10-5

　　㎏

　　·m-1·s-1油滴匀速下降的距离取

　　l

　　=

　　2.00×10-3m修正常数

　　b=6.17×10-6m—cm(Hg)大气压强

　　p=76.0cm(Hg)平行极板距离

　　d=5.00×10-3m将以上数据代入公式得

　　q?1.43?10?14?t?1?0.02t??gg321

　　（11）

　　V显然，由于油的密度ρ，空气的粘滞系数η都是温度的函数，重力加速度g和大气压强p又随实验地点和条件的变化而变化，因此，上式的计算是近似的。一般条件下，这样的计算引起的误差约1％，但它带来的好处是使运算方便得多，对于学生的实验，这是可取的。为了证明电荷的不连续性和所有电荷都是基本电荷e的整数倍，并得到基本电荷e值，我们应对实验测得的各个电量q求最大公约数。这个最大公约数就是基本电荷e值，也就是电子的电荷值。但由于学生实验技术不熟练，测量误差可能要大些，要求出q的最大公约数有时比较困难，通常我们用“倒过来验证”的办法进行数据处理。即用公认的电子电荷值e=1.60×10-19库仑去除实验测得的电量q。得到一个接近于某一个整数的数值，这个整数就是油滴所带的基本电荷的数目n。再用这个n去除实验测得的电量，即得电子的电荷值e。用这种方法处理数据，只能是作为一种实验验证。而且仅在油滴的带电量比较少(少数几个电子)时，可以采用。当n值较大时[这时的平衡电压V

　　很低(100伏特以下)，匀速下降2毫米的时间很短(10秒以下)，带来误差的0.5个电子的电荷在分配给n个电子时，误差必然很小，其结果e值总是十分接近于1.60×10-19

　　库仑。这也是实验中不宜选用带电量比较多的油滴的原因。

　　五、数据表格

　　次数

　　123451234512345平衡电压V（伏）

　　时间

　　t（秒）

　　电量

　　q(库)

　　-

　　qqk?

　　ek取整

　　为n

　　q-

　　e"?

　　n油

　　滴

　　a

　　油

　　滴

　　b

　　油

　　滴

　　c

　　e"=

　　(库)

　　Ee?e"?e×100%=

　　e六、思考题

　　1.本实验中测量精确度的决定因素是什么？

　　2.实验中油滴带电量对实验精度有何影响？

篇九：基本电荷量的测量物理实验报告

tle>大学物理仿真实验报告_密立根油滴法测电子电荷实验-百度文库

　　大学物理仿真实验

　　实验名称：油滴法测电子电荷实验

　　实验目的：学习测量元电荷的方法，并训练物理实验时应有的严谨态度和坚韧

　　不拔的科学精神。

　　实验仪器：密立根油滴仪，喷雾器，气压计等。

　　实验原理：

　　按油滴作匀速直线运动或静止两种运动方式分类.油滴法测电子电荷分为动态测量法和

　　平衡测量法。

　　J态测量法

　　考虑重力场中一个足够小油滴的运动，设此油滴半径为“质量为ID],空气是粘滞流体,故此运动油滴除重方和浮力外还受粘滞阻力的作用，由斯托克斯定律，粘滞阻力与物体运动

　　速度成正比n设油滴以匀速*下落.则有

　　鼎]g_约

　　g=

　　"（1）

　　此处吟为与油滴同体积空气的质量，K为比例常数，官为重力加速度。油滴在空气及重力

　　场中的受力情况如图示.

　　AKv/

　　A

　　重力妬中油滴受力示意图

　　若此油滴帯电荷为并处在场强为E的均匀电场中，设电场力站方向与重力方向相反,如图8.L1-2所示，如果油滴以匀速％上升，则有

　　qE=（网一皿）g+

　　⑵

　　由式（1）和（2）消去K,可解出q为；

　　由(3)式可以看出来，要测筮油滴上的电荷中需要分别测出叫，叫，E,*等物理

　　量口

　　由喷雾器喷出的小油滴半径r是微米量级「宜接测量其质量S]也是困嚥的，为此希望消去叫,而带之以容易测灵的量。设油与空气的密度分别为口i.p尸于是半径为r的油滴的视重为’

　　f-叫跃j/sr3(Pl-P2)&

　　(4)

　　由斯托克斯定律，粘滞流体对球形运动物体的阻力与物体速度成正比，其比例系数K为

　　6E]r,此处ri为粘度，『为物体半径，于是可将公式

　　W

　　带入式(1)有

　　因此,

　　2心-Pi)

　　以此带入(3)并整理得到

　　(7)

　　因此，如果测出vr>vf和mp「E等宏观量即可得到q值。

　　考虑到油滴的直径与空气分子的间隙相当，空气已不能看成是连续介质，其粘度门需

　　作相应的修正巨

　　P*

　　此处卩为空气压强，b为修正常数，b=0.00823”m,因此,y=*(佝-臨(1+直)丿

　　9叩

　　pr

　　(8)当精确度要求不太高时，常采用近似计算方法，先将*带入(6)式计算得

　　\_

　　9职了

　　la=-------

　　--2.S-P2)

　　(9)再将此勺值带入T中，并以甲入式(?),得

　　<](>■)

　　实验中常常固定油滴运动的距离，通辻测量它通过此距离$所需的时间来求得其运动速控，K电场强度E=U/dTd为平行板间的距离，U为所加的电压，因此，式GO)可写成

　　5一心)g

　　—i——+—Ji—

　　Uifttj-

　　(U)

　　式中有些虽和实验仪器以及条件再关’选定之后在实验过程中不变，如山昂(P1-p2)及月

　　等，将这些量与常数一起用C代表，可称为仪器常数.于是式(II)简化成

　　由此可知，度量油滴上的电荷.只体现在山rr

　　%的不同，对同?-油滴，七.相同.U和J的

　　不同，标志着电荷的不同’":衝测卄法

　　平衡测量法的出发点是，使汕滴在均匀电场中静止在某一位置，或在重力场中作匀速运

　　当油滴在电场中平衡时，油滴在两极板间受到的电场力qE,重力川侈和浮力iu2g达到平

　　衡，从而静止在某一位置，即

　　油滴在重力场中作匀速运动时，情形同动态测鼠法，将式(4)，⑼

　　和

　　1V7二〒

　　Pr

　　带入式(II)并注意到

　　则冇

　　l+±

　　(13)

　　兀电荷的测最方法

　　测量油滴上帯的电荷的目的是我出电荷的最小单位E为此可以对不同的油滴，分别测

　　出其所带的电荷值明，它们应近似为某-最小单位的整数倍，即油滴电荷量的最大公约数，或油滴带电量之差的最大公约数，即为元电荷-

　　实验中釆用紫外线，X射线或放射源等改变同一油滴所带的电荷，測量油滴上所带电

　　荷的改变值箇.卩而筋i值应是元电荷的整数倍。

　　即

　　祯(其中％为一整数)(14)

　　也可以用作图法求口的值，根据(14)式，日为直线方程的斜率，通过拟合直线，即可求

　　得e值，实验内容：

　　学习控制油滴在视场屮的运动’并选择合适的油滴测量元电荷，要求测得9个不同的油滴

　　或一个油滴所带电荷改变?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，但一股带的电荷多，下降速度太快，不容易测准确；太小则受布朗运动的影响明显，测量结果襁落很大，也不容

　　易测准确匚闵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不，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c在目镜头中装有分划板.如下图所示.(请思考，电容器两极板不水平对测量

　　有何影响？)

　　I編机i*R>,蠅骨牴；」-权盈tI*，1*內宀

　　■耳u；Lo??f.；11丨應蠢敏

　　ILtjt?I4Hli?4tM^iH■询**将

　　?A?t￥?W■屮酔■;ft*

　　电容器极板上所加屯压由直流平衡电压合直流升降电压两部分组成-其中平衡电压大小

　　连续可调，并可从伏特计上直接读数，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，并可通过换向开关畳加在平衡电压匕以控制油滴在电容

　　器内上下的位置，但数值不能从伏特计读出，因此在控制油滴的运动和测量时，升降电压应

　　拨到零。

　　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監误差，（2）

　　为了使望远镜迅速准确的调焦在油滴下落区，可将细铜丝或玻璃丝插入

　　上盖板（8）的小孔屮，此时上下极板必须处于短路状态，即外加电压为零，否则将损坏

　　电源或涉及人身安全，调整目镜使横丝清晰，位置适当，调整物镜位賞使铜丝

　　或玻璃统成像在横税平面上，并调整光源，使其均匀照亮，背景稍暗即可。调

　　整好后望远镜的位置不得移动。取出铜紋或玻璃统（此点切不可忘记！），盖

　　好屏幕盒盖板.（3）

　　喷雾器是用来快速向油滴仪内喚油雾的，在喷射过程中，由于摩擦作用

　　使油滴带电，为了在视场中获得足够供挑选的油滴，在喷射油雾时，一定要将

　　油滴仪两极板短路（请思考，若不短路，对实验有何影响？）

　　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’忒加

　　上平衡电压，改变其大小和极性，驱散不需要的油滴，练习控制其屮一颗油滴的运动.并用

　　停表记录油滴经过两条横丝间距所用的时冋，为了提高测量结果的精确度，笛个油滴上下往返次数不宜少于7次，要求测得9个不同的

　　油滴或一个油滴所带电量改变7次以上。

　　土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i个油滴计算所带电荷的标准偏差

　　Aq/qa实验步骤：根据软件提示操作。

　　数据表格及数据处理：

　　1.数据记录表格

　　n=1.83x10kg/(m-s);

　　p=980kg/m3;g=9.80m/s2;10-3m;

　　d=5.00x10-3m;

　　b=8.23x10hPa-m;S=2.00x

　　油滴

　　平衡电压U(V)

　　油滴下落时间t(s)

　　P=1010hPa。200

　　70

　　50

　　210

　　230

　　370

　　210

　　290

　　70

　　110

　　38.7

　　38.

　　75

　　38.

　　76

　　38.3

　　14.5

　　0

　　14.7

　　0

　　38.6

　　14.6

　　0

　　38.

　　93

　　38.7

　　油滴带电量Q(x10c)

　　19

　　2.50

　　7.1

　　10.

　　01

　　2.42

　　10.0

　　6.10

　　2.39

　　7.89

　　7.1

　　4.53

　　2.数据处理

　　利用(13)式计算各油滴带电量填入上表;根据上表数据利用软件可求得:

　　基本电荷

　　e=1.637633x10-19C

　　ae=0.146844x10-19C

　　Ee=2.22%

　　标准差

　　相对误差

　　实验结论：

　　油滴法能较为精确地测量电子电荷。

　　思考题：

　　1.

　　若油滴室内两容器极板不平行，对实验结果有何影响。答：若油滴室内两容器极板不平行，则油滴所受电场力不在竖直方向上，故不能

　　保证油滴做直线运动，计算公式条件不成立，求出来的电子电荷数量不准确。

　　2.

　　所受电场力方向与重力方向相同，想和方法测得电子电荷

　　e。

　　若所加视场方向使得电荷能否利用本实验的

　　理论思答：若所加视场方向使得电荷所受电场力方向与重力方向相同，也能利用本实验

　　的理论思想和方法测得电子电荷

　　e,不过只能用动态法测量，并且要修改相应受

　　力关系式。

　　201092班

　　09041045万佳东

　　年5月29

　　实验人：电气日

篇十：基本电荷量的测量物理实验报告

tle>大学物理实验教案(元电荷的测量).doc-百度文库

　　大学物理实验教案

　　教学目的

　　实验项H

　　元电荷的测定

　　1.

　　了解油滴仪测定油滴带电量的慕本原理及实验方法。

　　2.

　　测定电子的电荷值e并验证电荷的不连续性。

　　美国物理学家密立根(R.A.Millikan)从1910年开始，历时七年之久，通过测量微小油滴所带的电荷，不仅证明了

　　电荷的不连续性，即所有的电荷都是基木电荷e的整数倍，而且测得了基本电荷的准确值。

　　1、基本原理

　　带电油滴喷入两平行极板，如果调节极板电压使油滴

　　平衡则mg=qE=ql,如图1所示。

　　a

　　2、油滴质量的测定

　　当油滴在空气中匀速下落时，受到的阻力与重力平衡

　　/；=6paQhu^=mg，如图2所示，油滴的质量

　　m=—7rp‘

　　图1

　　图2

　　A

　　i经过修正后可以求得加二-pr(—~严

　　32怡

　　“A3、的测定

　　当电压V=0时，测出油滴在平行极板间匀速下降L距离所用的时间t,则乙

　　4、q的计算3/2由以上公式可以推导；11q=

　　把油的

　　)密度Q.重力加速度g.空气粘度77,油滴匀速下降距离厶，修正常实验原理概要

　　b,大气压强〃，极板距离d带入公式，整理后得

　　1.43r10*14

　　O1

　　q=—

　　--------------o

　　診+0.0196&）

　　1.

　　V

　　正确使用喷雾器，常握如何用喷雾器喷出大量细小油滴的技巧。

　　教学重点与难点

　　2.

　　选择适当的油滴，掌握在大量油滴中筛查出符合要求的油滴的方

　　法。

　　3.

　　掌握测量油滴平衡电压和下降时间的方法。

　　1.

　　调节仪器水平，练习控制油滴和测量油滴的平衡电压、下降时间，练实验内容提要

　　习选择油滴。

　　2.

　　寻找合适的油滴，对于每个油滴测量5次。

　　3.

　　处理数据。

　　1.

　　每个油滴的平衡电压必须测量准确，耍做到在该电压作用下，油

　　滴没测暈与数据处理

　　要求

　　有明显的向上或者向下的运动趋势，观察和判断油滴平衡的

　　时间要足够长。

　　2.

　　下降吋间必须测量多次，每次都要注意下降起点和终点是否准确。

　　1.

　　如果油滴的平衡电压很低或者下降时间很短，会带來什么影响？

　　思考题

　　2.

　　验证电荷的不连续性，需要什么条件？

　　3.

　　能否用下降一半距离的时间乘以二倍，得到总的下降时间？

　　《大学物理实验》一一马靖马宋设施洋主编《

　　大学物理实验指导》一一

　　丁参考资料

　　道淳陈Z前编

　　《物理实验教程》一一丁慎训张连芳主编

　　《大学物理实验》一一霍剑青吴泳华等主编

　　一、预习与操作评分标准（总分100分）

　　1.

　　预习20分

　　2.

　　操作80分

　　（1）

　　仪器水平调节一一10分

　　（2）

　　找到1颗条件合适（平衡电压和下降时间）的油滴，并多次测

　　量

　　30分

　　（3）

　　找到2颗条件合适（平衡电压和下降时间）的油滴，并多次测

　　量一一30分

　　评分标准

　　（4）

　　找到3颗条件合适（平衡电压和下降时间）的油滴，并多次测

　　堕

　　30分

　　二、报告的评分标准（总分100分）

　　（1）

　　实验目的及仪器各5分——共10分

　　（2）

　　实验原理——10分

　　（3）

　　表格上方各实验参数正确填写一一5分

　　（4）

　　三颗油滴的计算结果均在公认值±5%范围——55分

　　（5）

　　单位电荷量的平均值一一10分

　　（6）

　　百分偏差一一10分

篇十一：基本电荷量的测量物理实验报告

le>用密立根油滴仪测量电子电量实验报告记录-百度文库

　　用密立根油滴仪测量电子电量实验报告记录

　　————————————————————————————————

　　作者：

　　————————————————————————————————

　　日期：

　　用密立根油滴仪测量电子电量

　　摘要：密立根油滴仪可以测定油滴的电量，并可验证电荷的量子性，即任何带电体所带的电量都是基本电荷的整数倍.密立根油滴仪的设计思想巧妙，其测量油滴电量的方法筒单，而结果却具有不容置疑的说服力。密立根在这一实验工作上花费了近10年的心血，从而取得了具有重大意义的结果，那就是(1)证明了电荷的不连续性(具有颗粒性)。(2)测量并得到了元电荷即为电子电荷，其值为e=1.602×10C。

　　关键词：油滴仪；电子电量；静态平衡测量法；

　　喷雾；

　　中图分类号：+O文献标识码：A

　　-19UsingMillikanoildropinstrumentmeasuringofelectroniccharge

　　Abstract:Millikanoildropinstrumentcanmeasuretheoildropletsoftheelectricity,andcanvalidatethechargequantization,namelyanybodychargedwithelectricityareintegermultiplesofthebasiccharge.Millikanoildropinstrumentoftheingeniousdesign,themeasurementofoildropletchargemethodandtheresultisasinglecylinder,allowalldoubtpersuasion.Millikaninthisexperimentalworkhasspentnearly10yearsofefforts,andachievedsignificantresults,itisprovedthatthecharge(1)discontinuity(havingaparticle).(2)Measurementandgettheelementarychargeisthechargeoftheelectron,itsvalueise=1.60×10-19C.Keyword:Oildropinstrument;Electroniccharge;Staticbalancemeasuringmethod;Spray;美国著名实验物理学家密立根花了七年功夫(1909~1917)所做的测量微小油滴上所带电荷的工作在近代物理学发展中具有重要意义，实验设计巧妙，简单方便地证明了所有电荷都是基本电荷e的整数倍，明确了电荷的不连续性。现在公认的基本电荷为e=（1.602±-190.002）×10C.由于实验中喷出的油滴是非常微小的，难于捕捉、控制和测量，因此做本实验时，特别要有严谨的科学态度，严格的实验操作，准确的数据处理，才能得到比较好的实验结果。

　　一、实验目的

　　1.领会密立根油滴实验的设计思想。

　　2.掌握密立根油滴仪的使用方法。

　　3.运用密立根油滴仪测定油滴的电量，并验证电荷的量子性。

　　二、实验原理

　　用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的水平放置的平行板之间。由于喷射时的摩擦，油滴一般带有电量q。

　　当平行板间加有电压V，产生电场E，油滴受电场力作用。调整电压的大小，使油滴所受的电场力与重力相等，油滴将静止地悬浮在极板中间，见图1。此时

　　dqEmg图1带电平行板间油滴的平衡

　　VVmg??qE?qd或

　　mgdq?V(1)V、d是容易测量的物理量，如果进一步测量出油滴的质量m，就能得到油滴所带的电量。实验发现，油滴的电量是某最小恒量的整数倍，即q=ne，n??1，?2，……。这样就证明了电荷的不连续性，并存在着最小的电荷单位，即电子的电荷值e。

　　设油滴的密度为?，油滴的质量m可用下式表示：

　　43m??r?

　　(2)3为测量r，去掉平行板间电压。油滴受重力而下降，同时受到空气的粘滞性对油滴所产生的阻力。粘滞力与下降速度成正比，也就是服从斯托克斯定律：

　　fr?6?r?v

　　4p??r3?

　　g

　　(3)（式中?是空气粘滞系数，r是油滴半径，v是油滴下落速度）油滴受重力

　　(4)当油滴在空气中下降一段距离时，粘滞阻力增大，达到二力平衡，油滴开始匀速下降。

　　43?r?g?6?r?v(5)3解出油滴半径：

　　9?vr?2?g数?修正为：

　　(6)对于半径小到10?6m的油滴，空气介质不能认为是均匀连续的，因而需将空气的粘滞系????1?bpr

　　式中b为一修正系数，p为大气压强，于是可得：

　　r?9?v?2?g1b1?pr(7)

　　3??4?9?v1??m????b3?2?g?1??pr???2??(8)上式根号中还包含油滴半径r，但因它是处于修正项中，不须十分精确，故可将(6)带入(8)式进行计算。

　　考虑到油滴匀速下降的速度v等于匀速下降的距离与经过这段距离所需时间的比值，即v=l/t。得到：

　　??4?9?l1??m????b?3?2?gt1??pr???将上式代入(1)式可得：

　　32??

　　(9)????18???l?q?ne?b??2?g???t??1?pr?????????

　　三、实验仪器

　　密立根油滴仪包括：油滴盒、油滴照明装置，测量显微镜、供电电源以及电子停表、喷雾器等部分组成。

　　如图3所示，油滴盒由两块经过精磨的平行极板32?dV

　　(10)上式及公式（6）就是本实验的所用的基本公式。

　　1.

　　油雾室

　　2.

　　油滴盒

　　3.

　　防风罩

　　4.

　　照明灯

　　5.

　　电压表

　　组成，间距d?0.500cm。6.

　　平衡电压调节旋钮

　　7.

　　平衡电压换向开关

　　上电极板中央有一个?0.4mm的小孔，以供油8.

　　升降电压调节钮

　　9.

　　升降电压换向开关

　　滴落入。整个油滴盒装在有10.

　　电源开关

　　机玻璃防风罩中，以防空气流动对油滴的影响。防风罩测量显微镜上面是油雾室，油滴用喷雾器从喷雾口喷入，并经油雾图2油滴仪外形

　　孔落入油滴盒。为了观察油滴的运动，附有发光二极管照明装置。发光二极管发热量小，因此对油滴盒中的空气热对流小，油滴就比较稳定。

　　2.显微镜

　　11.

　　显微镜是用来观察和测量油滴运动的,目镜中装有分划板，共分六格，每格相当视场中的0.050cm，六格共0.300cm，分划板可用来测量油滴运动的距离l，以计算油滴运动的图3油滴盒侧视图

　　速度v。

　　3．电源共提供三种电压：

　　（1）

　　5V交流电源供照明装置用。

　　（2）500V直流平衡电压，该电压的大小可以连续调节，数值可以从电压表上读出来。平衡电压由标有“平衡电压”的拨动开关控制。开关拨在中间“0”位，上下极板被短路，并接零电位。图4目镜分划板

　　开关拨在“＋”位置，这时能达到平衡位置的油滴带正电荷，反之油滴带负电荷。

　　（3）300V直流升降电压，该电压的大小可以连续调节，可通过标有“升降电压”拨动开关叠加在平衡电压上。由于该电压只起一个改变已达到平衡的油滴在两块极板间上下位置的作用，不需要知道它的大小，因此没有读数。

　　4.计时器

　　计时器是一只液晶显示数字电子停表，精度为0.01s。

　　四、实验测量及数据记录

　　1.正式测量须知及步骤：由公式（10）可知，进行本实验要测量的只有两个量，一个是平衡电压Vn，另一个是油滴匀速下降一段距离l所需要的时间t。测量平衡电压必须经过仔细调节，将油滴悬于分划板上某条横线附近,以便准确判断出这颗油滴是否平衡了。

　　测量油滴匀速下降一段距离l所需的时间t时，为保证油滴下降时速度均匀，应先让它下降一段距离后再测量时间。选定测量的一段距离应该在平行极板之间的中央部分，若太靠近上极板，小孔附近有气流，电场也不均匀，会影响测量结果。太靠近下极板，油滴容易丢失，影响重复测量。一般取分划板中央部分l?0.200cm比较合适。

　　由于实验的统计涨落现象显著，对于同一颗油滴应进行6次测量，而且每次测量都要重新调整平衡电压，并记录此电压值。同时还应该分别对5颗油滴进行反复的测量。

　　2.数据表格：

　　No.U(voTg(sNlt)ec)o.U(voTg(sNlt)ec)o.22324.62U(voTg(slt)ec)20023.4120114.51

　　1219614.312320214.513420614.614520914.715620714.616721124.917821825.618922024.51910

　　122524.52222528.82325328.72425428.62525628.72625528.82725528.92819923.32919823.330表格119923.420023.420123.423724.323824.323624.223824.323724.323824.322124.420五、实验数据处理

　　1.根据公式(10)及(6)进行计算油滴平均带电量：

　　已知：

　　3??981kg/m油的密度:

　　?5??1.83?10kg/(m?s)

　　空气粘滞系数:

　　2重力加速度:

　　g?9.80m/s

　　?3油滴匀速下降的距离取:

　　l?2.00?10m

　　修正常数:

　　b=6.17×10-6m·cm(Hg)

　　大气压强:

　　p=76.0cmHg平行极板间距:

　　d=5.00×10-3m

　　将以上数据代入公式得:

　　q??t?1?0.02t??数

　　123451.43?10?143/21?Vn

　　由上式可得：

　　油滴序带电荷值q（

　　C）

　　9.824.643.165.534.42表格2可以看到，油滴所带电荷量的取值不是杂乱的，而是大体集中在1.6×10-19C或其倍数附近。当然此次实验数据较少，但作为一个简单的验证性实验，一定程度上已能够说明微小油滴上所带电荷量是离散的，即电量具有量子化特征。

　　2.基本电荷的测定：

　　正如实验原理里所说，测量油滴上带的电荷的目的是找出电荷的最小单位e。为此可以对不

　　同的油滴，分别测出其所带的电荷值q，它们应近似为某一最小单位的整数倍，即油滴电荷量的最大公约数，或油滴带电量之差的最大公约数，即为元电荷。

　　对此，做出表格如下：

　　油滴序带电荷元电荷取整倍元电荷值数

　　12345值(

　　)9.824.643.165.534.416.142.91.983.462.766322.531.551.571.581.581.57倍数

　　数

　　（C）

　　表格3

　　由表计算元电荷：

　　=1.572

　　(C)而理论值为：1.6021.65

　　（C），误差1.9%

　　六、实验结论

　　本次试验的重难点在于如何找到带电量适中，大小适当的油滴作为实验对象。油滴过大过小都会产生较大误差，油滴太大，自由降落太快，测量时速度尚未达到匀速，必然误差大；油滴太小，又会因热运动和布朗运动，使测量时涨落太大。最后测得结果为

　　1.572

　　(C)

　　七、回答问题

　　（1）

　　重力与电场力不平衡，会造成下落路线不垂直，导致测量时间偏大，误差大。

　　（2）

　　由于两极板间有电容的存在,在通电之后电容充电,用两根导线短路是为了电容放电,消除极板间的电场.若在向气室喷雾时,会由于电场的存在影响实验效果。

　　（3）

　　只有当油滴的运动状态为匀速运动或者静止，才说明此时的电场力等于重力；实验上油滴通过两个格的时间相等即为匀速运动。

　　(4)油滴上电荷的改变用一个均匀电场，油滴先平衡，若平衡被破坏则油滴上电荷改变，而时间误差只能用不确定度算。

　　参考文献

　　蒋达娅、肖井华、朱洪波等，大学物理实验教程，2011第三版

篇十二：基本电荷量的测量物理实验报告

le>最新南昌大学物理实验报告-基本测量-百度文库

　　大学物理实验报告

　　课程名称：大学物理实验

　　实验名称：基本测量

　　学院名称：机电工程学院

　　专业班级：

　　学生姓名：

　　学号：

　　实验地点：基础实验大楼D508

　　座位号：32

　　实验时间：第三周周二下午一点开始

　　实验一

　　长度和圆柱体体积的测量

　　一、实验目的：

　　1．

　　掌握游标的原理，学会正确使用游标卡尺

　　2．

　　了解螺旋测微器的结构和原理，学会正确使用螺旋测微器

　　3．

　　掌握不确定度和有效数字的概念，正确表达测量结果

　　二、实验仪器：

　　游标卡尺、螺旋测微器

　　三、实验原理：

　　当待测物体是一直径为d,、高度为h的圆柱体时，物体的体积为V=πd2h／4,只要用游标卡尺测出高度h,用螺旋测微器测出直径d,代入公式就可以算出该圆柱体的体积。一般说来，待测圆柱体各个断面大小和形状都不尽相同。从不同方位测量它的直径，数值会稍有差异；圆柱体的高度各处也不完全一样。为此，要精确测定圆柱体的体积，必须在它的不同位置测量直径和高度，求出直径和高度的算术平均值。

　　四、实验内容和步骤：

　　1.用游标卡尺测量圆柱的高度h(1)利用表达式a/n(其中a为主尺刻线间距，n为游标分度数)确定所用的游标卡尺的最小分度值

　　（2）检查当外卡钳口合拢时，游标零线是否和主尺零线对齐，如不对齐，则读出这个初读数（即零点偏差）

　　（3）用游标卡尺在圆柱体不同部位测量高度五次，将测得的结果填精品文档

　　入自拟表中

　　2.用螺旋测微器测圆柱直径d(1)弄清所用螺旋测微器的量程、精度和最大允差，并读出零点偏差

　　（2）在圆柱体的不同部位测直径五次，分别填入自拟表中

　　五、实验数据与处理：

　　实验二

　　密度的测量

　　一、实验目的：

　　1.

　　掌握物理天平的正确使用方法

　　2.

　　用流体静力称衡法和比重瓶法测定形状不规则的固体和液体的密度

　　3.

　　进一步练习间接测量量的不确定度传递运算，正确表达测量结果

　　二、实验仪器：

　　物理天平、烧杯、比重瓶、温度计、待测物等

　　三、实验原理：

　　若一物体的质量为m，体积为V，则它的密度为ρ=m/V，由公式可知，密度是间接测量。实验中，可用天平测出物体的质量。对于形状规则的固体，可通过测出它的外形尺寸直接算出体积，而对于液体或形状不规则的固体，其外形不定或难以简化为若干易测尺寸的函数，难算出其体积。这个问题，可选用流体静力称衡法，把密度的测量转化为质量测量问题；对于液体和某些固体的密度，还可采用比重瓶法测定。

　　1.

　　流体静力称衡法

　　根据阿基米德原理，物体在液体中所受的浮力等于它所排开液体的质量。若不计空气浮力，设物体在空气中的重量为m1g，全部浸入液体中的视重为m2g，则物体在液体中受的浮力为（m1-m2）g=ρtVg,根据阿基米德原理可知，V=(m1-m2)/

　　ρt,式中，ρt为液体在室温时的密度。由上式得被测物体的密度为ρ=m1/V=m1ρt/(m1-m2)

　　①.实验中，液体通常用水，不同温度下水的密度见附录，式①只适用于被测物体的密度ρ＞ρt,

　　若ρ＜ρt，则要在被测物下栓一个重物进行测量，且测量步骤也要作些变动。

　　如果将上述物体再浸入密度为ρ′的待测液体中，并称出此时物体的重量为m3g，则物体所受浮力为(m1-m3)g，且(m1-m3)g=ρ′Vg②，由式①与式②联立，就可解出待测液体的密度为ρ′=(m1-m3)

　　ρt/(m1-m2)2.

　　比重瓶法

　　（1）

　　测液体的密度

　　先称出比重瓶的质量m0，将纯水注满比重瓶，称得纯水与比重瓶的总质量为m1，在比重瓶内换上待测液体，称得总质量为m2。这样，同体积纯水的质量和待测液体的质量分别为m1-m0和m2-m0。设待测液体的密度为ρ′，纯水的密度为ρ0，由于体积相同，故待测液体的密度为ρ′=(m2-m0)

　　ρ0/(m1-m0)（2）

　　测小块固体的密度

　　如果要用比重瓶测出小块不溶于水的固体的密度ρ，可依次用天平称出小块固体的质量m3，注满水后比重瓶与水的总质量m1及投入小块固体后的总质量m4。显然，被小固体排出比重瓶的水的质量为m1+m3-m4，排出水的体积就是小块固体的体积。所以，小块固体密度为ρ=m3ρ0/(m1+m3-m4)

　　③

　　四、实验内容和步骤：

　　1.

　　2.

　　用流体静力称衡法测固体的密度

　　(1)将待测物体用细线悬挂在天平左方的小钩上，称出其质量m1

　　(2)将盛有大半杯纯水的被子放在天平左边的托盘上，然后将细线悬挂的待测物体全部浸没在水中（切勿与杯底或杯壁相碰），称出物体在水中的质量m2精品文档

　　(3)从附表中查出室温为t时纯水的密度ρ0，按式②算出物体的密度

　　2.用比重瓶法测量小块固体的密度

　　（1）将比重瓶注满纯水，塞上塞子，擦去溢出的水（瓶内不能有残留的水泡），这时水面恰好达到毛细管顶部，用天平称出比重瓶和纯水的总质量m1

　　（2）将小块固体洗净、烘干，称出质量m3,

　　（3）将小块固体投入盛有纯水的比重瓶内，重复步骤1，称出比重瓶、瓶内的纯水和小块固体的总质量m4

　　(4)由式③算出固体的密度

　　五、实验数据与处理：

　　六、附上原始数据：

篇十三：基本电荷量的测量物理实验报告

le>用密立根油滴仪测量电子电量实验报告记录-百度文库

　　用密立根油滴仪测量电子电量实验报告记录

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　　作者：

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　　日期：

　　用密立根油滴仪测量电子电量

　　摘要：密立根油滴仪可以测定油滴的电量，并可验证电荷的量子性，即任何带电体所带的电量都是基本电荷的整数倍.密立根油滴仪的设计思想巧妙，其测量油滴电量的方法筒单，而结果却具有不容置疑的说服力。密立根在这一实验工作上花费了近10年的心血，从而取得了具有重大意义的结果，那就是(1)证明了电荷的不连续性(具有颗粒性)。(2)测量并得到了元电荷即为电子电荷，其值为e=1.602×10C。

　　关键词：油滴仪；电子电量；静态平衡测量法；

　　喷雾；

　　中图分类号：+O文献标识码：A

　　-19UsingMillikanoildropinstrumentmeasuringofelectroniccharge

　　Abstract:Millikanoildropinstrumentcanmeasuretheoildropletsoftheelectricity,andcanvalidatethechargequantization,namelyanybodychargedwithelectricityareintegermultiplesofthebasiccharge.Millikanoildropinstrumentoftheingeniousdesign,themeasurementofoildropletchargemethodandtheresultisasinglecylinder,allowalldoubtpersuasion.Millikaninthisexperimentalworkhasspentnearly10yearsofefforts,andachievedsignificantresults,itisprovedthatthecharge(1)discontinuity(havingaparticle).(2)Measurementandgettheelementarychargeisthechargeoftheelectron,itsvalueise=1.60×10-19C.Keyword:Oildropinstrument;Electroniccharge;Staticbalancemeasuringmethod;Spray;美国著名实验物理学家密立根花了七年功夫(1909~1917)所做的测量微小油滴上所带电荷的工作在近代物理学发展中具有重要意义，实验设计巧妙，简单方便地证明了所有电荷都是基本电荷e的整数倍，明确了电荷的不连续性。现在公认的基本电荷为e=（1.602±-190.002）×10C.由于实验中喷出的油滴是非常微小的，难于捕捉、控制和测量，因此做本实验时，特别要有严谨的科学态度，严格的实验操作，准确的数据处理，才能得到比较好的实验结果。

　　一、实验目的

　　1.领会密立根油滴实验的设计思想。

　　2.掌握密立根油滴仪的使用方法。

　　3.运用密立根油滴仪测定油滴的电量，并验证电荷的量子性。

　　二、实验原理

　　用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的水平放置的平行板之间。由于喷射时的摩擦，油滴一般带有电量q。

　　当平行板间加有电压V，产生电场E，油滴受电场力作用。调整电压的大小，使油滴所受的电场力与重力相等，油滴将静止地悬浮在极板中间，见图1。此时

　　dqEmg图1带电平行板间油滴的平衡

　　VVmg??qE?qd或

　　mgdq?V(1)V、d是容易测量的物理量，如果进一步测量出油滴的质量m，就能得到油滴所带的电量。实验发现，油滴的电量是某最小恒量的整数倍，即q=ne，n??1，?2，……。这样就证明了电荷的不连续性，并存在着最小的电荷单位，即电子的电荷值e。

　　设油滴的密度为?，油滴的质量m可用下式表示：

　　43m??r?

　　(2)3为测量r，去掉平行板间电压。油滴受重力而下降，同时受到空气的粘滞性对油滴所产生的阻力。粘滞力与下降速度成正比，也就是服从斯托克斯定律：

　　fr?6?r?v

　　4p??r3?

　　g

　　(3)（式中?是空气粘滞系数，r是油滴半径，v是油滴下落速度）油滴受重力

　　(4)当油滴在空气中下降一段距离时，粘滞阻力增大，达到二力平衡，油滴开始匀速下降。

　　43?r?g?6?r?v(5)3解出油滴半径：

　　9?vr?2?g数?修正为：

　　(6)对于半径小到10?6m的油滴，空气介质不能认为是均匀连续的，因而需将空气的粘滞系????1?bpr

　　式中b为一修正系数，p为大气压强，于是可得：

　　r?9?v?2?g1b1?pr(7)

　　3??4?9?v1??m????b3?2?g?1??pr???2??(8)上式根号中还包含油滴半径r，但因它是处于修正项中，不须十分精确，故可将(6)带入(8)式进行计算。

　　考虑到油滴匀速下降的速度v等于匀速下降的距离与经过这段距离所需时间的比值，即v=l/t。得到：

　　??4?9?l1??m????b?3?2?gt1??pr???将上式代入(1)式可得：

　　32??

　　(9)????18???l?q?ne?b??2?g???t??1?pr?????????

　　三、实验仪器

　　密立根油滴仪包括：油滴盒、油滴照明装置，测量显微镜、供电电源以及电子停表、喷雾器等部分组成。

　　如图3所示，油滴盒由两块经过精磨的平行极板32?dV

　　(10)上式及公式（6）就是本实验的所用的基本公式。

　　1.

　　油雾室

　　2.

　　油滴盒

　　3.

　　防风罩

　　4.

　　照明灯

　　5.

　　电压表

　　组成，间距d?0.500cm。6.

　　平衡电压调节旋钮

　　7.

　　平衡电压换向开关

　　上电极板中央有一个?0.4mm的小孔，以供油8.

　　升降电压调节钮

　　9.

　　升降电压换向开关

　　滴落入。整个油滴盒装在有10.

　　电源开关

　　机玻璃防风罩中，以防空气流动对油滴的影响。防风罩测量显微镜上面是油雾室，油滴用喷雾器从喷雾口喷入，并经油雾图2油滴仪外形

　　孔落入油滴盒。为了观察油滴的运动，附有发光二极管照明装置。发光二极管发热量小，因此对油滴盒中的空气热对流小，油滴就比较稳定。

　　2.显微镜

　　11.

　　显微镜是用来观察和测量油滴运动的,目镜中装有分划板，共分六格，每格相当视场中的0.050cm，六格共0.300cm，分划板可用来测量油滴运动的距离l，以计算油滴运动的图3油滴盒侧视图

　　速度v。

　　3．电源共提供三种电压：

　　（1）

　　5V交流电源供照明装置用。

　　（2）500V直流平衡电压，该电压的大小可以连续调节，数值可以从电压表上读出来。平衡电压由标有“平衡电压”的拨动开关控制。开关拨在中间“0”位，上下极板被短路，并接零电位。图4目镜分划板

　　开关拨在“＋”位置，这时能达到平衡位置的油滴带正电荷，反之油滴带负电荷。

　　（3）300V直流升降电压，该电压的大小可以连续调节，可通过标有“升降电压”拨动开关叠加在平衡电压上。由于该电压只起一个改变已达到平衡的油滴在两块极板间上下位置的作用，不需要知道它的大小，因此没有读数。

　　4.计时器

　　计时器是一只液晶显示数字电子停表，精度为0.01s。

　　四、实验测量及数据记录

　　1.正式测量须知及步骤：由公式（10）可知，进行本实验要测量的只有两个量，一个是平衡电压Vn，另一个是油滴匀速下降一段距离l所需要的时间t。测量平衡电压必须经过仔细调节，将油滴悬于分划板上某条横线附近,以便准确判断出这颗油滴是否平衡了。

　　测量油滴匀速下降一段距离l所需的时间t时，为保证油滴下降时速度均匀，应先让它下降一段距离后再测量时间。选定测量的一段距离应该在平行极板之间的中央部分，若太靠近上极板，小孔附近有气流，电场也不均匀，会影响测量结果。太靠近下极板，油滴容易丢失，影响重复测量。一般取分划板中央部分l?0.200cm比较合适。

　　由于实验的统计涨落现象显著，对于同一颗油滴应进行6次测量，而且每次测量都要重新调整平衡电压，并记录此电压值。同时还应该分别对5颗油滴进行反复的测量。

　　2.数据表格：

　　No.U(voTg(sNlt)ec)o.U(voTg(sNlt)ec)o.22324.62U(voTg(slt)ec)20023.4120114.51

　　1219614.312320214.513420614.614520914.715620714.616721124.917821825.618922024.51910

　　122524.52222528.82325328.72425428.62525628.72625528.82725528.92819923.32919823.330表格119923.420023.420123.423724.323824.323624.223824.323724.323824.322124.420五、实验数据处理

　　1.根据公式(10)及(6)进行计算油滴平均带电量：

　　已知：

　　3??981kg/m油的密度:

　　?5??1.83?10kg/(m?s)

　　空气粘滞系数:

　　2重力加速度:

　　g?9.80m/s

　　?3油滴匀速下降的距离取:

　　l?2.00?10m

　　修正常数:

　　b=6.17×10-6m·cm(Hg)

　　大气压强:

　　p=76.0cmHg平行极板间距:

　　d=5.00×10-3m

　　将以上数据代入公式得:

　　q??t?1?0.02t??数

　　123451.43?10?143/21?Vn

　　由上式可得：

　　油滴序带电荷值q（

　　C）

　　9.824.643.165.534.42表格2可以看到，油滴所带电荷量的取值不是杂乱的，而是大体集中在1.6×10-19C或其倍数附近。当然此次实验数据较少，但作为一个简单的验证性实验，一定程度上已能够说明微小油滴上所带电荷量是离散的，即电量具有量子化特征。

　　2.基本电荷的测定：

　　正如实验原理里所说，测量油滴上带的电荷的目的是找出电荷的最小单位e。为此可以对不

　　同的油滴，分别测出其所带的电荷值q，它们应近似为某一最小单位的整数倍，即油滴电荷量的最大公约数，或油滴带电量之差的最大公约数，即为元电荷。

　　对此，做出表格如下：

　　油滴序带电荷元电荷取整倍元电荷值数

　　12345值(

　　)9.824.643.165.534.416.142.91.983.462.766322.531.551.571.581.581.57倍数

　　数

　　（C）

　　表格3

　　由表计算元电荷：

　　=1.572

　　(C)而理论值为：1.6021.65

　　（C），误差1.9%

　　六、实验结论

　　本次试验的重难点在于如何找到带电量适中，大小适当的油滴作为实验对象。油滴过大过小都会产生较大误差，油滴太大，自由降落太快，测量时速度尚未达到匀速，必然误差大；油滴太小，又会因热运动和布朗运动，使测量时涨落太大。最后测得结果为

　　1.572

　　(C)

　　七、回答问题

　　（1）

　　重力与电场力不平衡，会造成下落路线不垂直，导致测量时间偏大，误差大。

　　（2）

　　由于两极板间有电容的存在,在通电之后电容充电,用两根导线短路是为了电容放电,消除极板间的电场.若在向气室喷雾时,会由于电场的存在影响实验效果。

　　（3）

　　只有当油滴的运动状态为匀速运动或者静止，才说明此时的电场力等于重力；实验上油滴通过两个格的时间相等即为匀速运动。

　　(4)油滴上电荷的改变用一个均匀电场，油滴先平衡，若平衡被破坏则油滴上电荷改变，而时间误差只能用不确定度算。

　　参考文献

　　蒋达娅、肖井华、朱洪波等，大学物理实验教程，2011第三版

篇十四：基本电荷量的测量物理实验报告

le>实验33++元电荷的测定-百度文库

　　实验33

　　元电荷的测定

　　1897年,J.J.汤姆逊发现了电子后，许多科学家为测量电子的电荷量进行了大量的实验探索工作。其中，美国物理学家密立根（R.A.Millikan）从1910年开始，历时七年之久，通过测量微小油滴所带的电荷，不仅证明了电荷的不连续性，即所有的电荷都是基本电荷e的整数倍，而且测得了基本电荷的准确值。电荷e是一个基本物理量，它的测定还为从实验上测定电子质量、普朗克常数等其他物理量提供了可能性，密立根因此获得了1923年的诺贝尔物理学奖。

　　密立根油滴实验用经典力学的方法，揭示了微观粒子的量子本性。它的构思巧妙，设备简单，结果准确，是一个著名而有启发性的物理实验。本实验就是采用密立根油滴实验的方法来测定电子的电荷值e的。实验中油滴非常微小（半径约为10?9m，质量约为10?15kg），进行本实验需具备严谨的科学态度、严格的实验操作、准确的数据处理，才能得到较好的实验结果。

　　一、实验目的

　　1.了解油滴仪测定油滴带电量的基本原理及实验方法。

　　2.测定电子的电荷值

　　e并验证电荷的不连续性。

　　二、实验仪器

　　密立根油滴仪、喷雾器等。

　　三、实验原理

　　1.基本原理

　　实验中，用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的水平放置的平行极板之间，如图33-1所示。油滴在喷射时由于摩擦，一般都会带电。设油滴的质量为m，所带电量为q，加在两平行极板之间的电压为V，油滴在两平行极板之间将受到两V个力的作用，一个是重力mg，一个是电场力qE=q?。通过调节加在两极板之d

　　间的电压V，可以使这两个力大小相等、方向相反，从而使油滴达到平衡，悬浮在两极板之间。此时有

　　mg?qE?qV

　　(33-1)

　　d其中，m为油滴的质量（约10?15kg），q为油滴所带的电量，d为两极板间的距离，V为油滴平衡不动时所加电压。

　　图33-1

　　图33-2为了测出

　　q值，除测定d、V外，还需要测定

　　m，油滴的

　　m很小，需要用如下方法测定。

　　2.油滴质量

　　m的测定

　　如图33-2所示，平行板未加电压时，油滴受重力而加速下降，但空气的粘滞性对油滴所产生的阻力与速度成正比，由stokes定律知fr=6pa0hug，油滴下降一段距离后，油滴匀速下降，阻力与重力平衡（忽略空气浮力），有

　　fr=6pa0hug=mg

　　(33-2)

　　其中，h是空气的粘滞系数，a0为油滴的半径，约10?6m（油滴由于表面张力，总是呈小球状），?g为油滴匀速下降时的运动速度。

　　设油的密度为r，油滴的质量又可表示为

　　m??a03?

　　(33-3)将(33-3)式代入(33-2)式得

　　a0?9??g2?g

　　(33-4)

　　对于半径小于10?6m的小球，大小与空气孔隙相近，空气介质不能再认为是均匀的，粘滞系数应修正为????1?b，式中b为一修正常数，p为大气压强，这pa0

　　时a0应改为a1，其中

　　a1=9hug1

　　?b2rg1+pa0

　　(33-5)(33-5)式根号中仍含有a0，但它处于修正项中，不需十分精确，仍可用(33-4)式计算。将(33-5)式代入(33-3)式，得

　　m=9hug41pr(?)32

　　(33-6)

　　32rg1+bpa03．?g的测定

　　当电压V=0时，测出油滴在平行极板间匀速下降

　　L距离所用的时间

　　t，则

　　?g?L

　　t

　　(33-7)4．q的计算公式

　　将(33-6)式、(33-7)式代入(33-1)式，整理后得

　　轾犏18p犏hL

　　q=鬃犏b2rg犏t(1+)犏pa0犏臌32d

　　V

　　(33-8)

　　其中，油的密度ρ=(991-0.5T)kg?m?3(它随温度变化)，重力加速度T?2732()?383-2273?1.73?10?5N.S.m?2，油滴g=9.7905m×s，空气的粘滞系数??T?3833匀速下降距离L=1.60?10?3m，修正常数b=8.23?10?3N.m?1，大气压强p=101325Pa，平行极板距离d=5.00?10?3m将以上数据代入(33-8)式，得

　　q=1

　　（33-9）

　　?32V轾t(1+0.0196t)犏臌1.02′10-145．电荷的不连续性

　　实验发现：(1)对于同一个油滴，如果改变它所带的电量（如加放射源、X

　　射线等），则能够使油滴达到平衡的电压必须是某些特定的值Vn，研究Vn的规律，可以发现Vn满足下列方程

　　d

　　q=ne=mg?

　　（33-10）

　　Vn其中n=±1，±2，??，而e则是一个不变的值。这表示电量

　　q是不连续的，是最小单位e（电子电荷值）的整数倍。

　　(2)对于不同的油滴，可以发现有同样的规律，而且e值是相同的常数，这说明电荷是不连续的，电荷存在着最小的电荷单位，也即是电子的电荷值e。于是，（33-8）式可化为

　　??18???L??

　　ne???b2?g?t(1?)??pa0???32?d

　　（33-11）

　　V根据式(33-11)即可测出电子的电荷值e，验证电子电荷的不连续性。

　　四、实验内容

　　1．测定油滴所带电量q

　　调节平衡电压值，使油滴平衡不动，记录此时的平衡电压V，测定油滴在平衡极板间匀速下降1.6mm所用的时间t。根据公式（33-9），计算油滴所带电量q。

　　2．验证电荷的不连续性

　　为了证明电荷的不连续性和所有电荷都是基本电荷e的整数倍，并求得

　　e值，我们用“倒过来验证”的办法进行数据处理，即用实验测得

　　q与公认的电子电荷值（e=1.6021892×10?19C）相比较，定出n（取最接近的整数），最后用q/n求出实验值e实验。

　　五、实验步骤

　　1.仪器调节

　　（1）水平调整

　　调整实验仪主机的调平螺钉（21）(俯视时，顺时针平台降低，逆时针平台

　　升高)，直到水准泡正好处于中心（注：严禁旋动水准泡上的旋钮）。将实验平台调平，使平衡电场方向与重力方向平行以免引起实验误差。极板平面是否水平决定了油滴在下落或提升过程中是否发生左右的漂移。

　　（2）喷雾器调整

　　将少量钟表油缓慢地倒入喷雾器的储油腔内，使钟表油湮没提油管下方，油不要太多，以免实验过程中不慎将油倾倒至油滴盒内堵塞落油孔。将喷雾器竖起，用手挤压气囊，使得提油管内充满钟表油。

　　(3)、开机

　　a、打开实验仪电源及监视器电源，监视器出现仪器名称及研制公司界面。

　　b、按主机上任意键：监视器出现参数设置界面，先设置实验方法，然后根据该地的环境适当设置温度、重力加速度、油密度、大气压强、油滴下落距离。(“←”表示左移键、“→”表示为右移键、“+”表示数据设置键。)c、按确认键后出现实验界面：将工作状态切换至“工作”，红色指示灯亮，将平衡、提升按键设置为“平衡”。

　　（4）CCD成像系统调整

　　从喷雾口喷入油雾，此时监视器上应该出现大量运动油滴的像。若没有看到油滴的像，则需调整调焦旋钮或检查喷雾器是否有油雾喷出。

　　2.练习测量

　　（1）选择合适的油滴（下落时间20～30s,电压250～300vdc）

　　根据油滴在电场中受力平衡公式qv/d=4πa3ρg/3以及多次实验的经验，当油滴的实际半径在0.5-1μm时最为适宜。若油滴过小，布朗运动影响明显，平衡电压不易调整，时间误差也会增加；若油滴过大，下落太快，时间相对误差增大，且油滴带多个电子的几率增加，前面说到，我们希望合适的油滴最好带1-5个电子。

　　操作方法：按键设置状态分别为；“结束”、“工作”、“平衡”状态，平衡电压调为约400V。喷入油滴，调节调焦旋钮，使屏幕上显示大部分油滴，可见带电多的油滴迅速上升出视场，不带电的油滴下落出视场，约10s后油滴减少。选择那种上升缓慢的油滴作为暂时的目标油滴，切换“0V/工作”键，这时极板间的电压为0V，在暂时的目标油滴中选择下落速度为每格3～4s的作为最终的目标油滴，调节调焦旋钮使该油滴最小最亮。

　　（2）平衡电压的确认

　　目标油滴聚焦到最小最亮后，仔细调整平衡时的“电压调节”使油滴平衡在某一格线上，等待一段时间（大约两分钟），观察油滴是否飘离格线。若油滴始终向同一方向飘离，则需重新调整平衡电压；若其基本稳定在格线或只在格线上下做轻微的布朗运动，则可以认为油滴达到了力学平衡，这时的电压就是平衡电压。

　　（3）控制油滴的运动

　　将油滴平衡在屏幕顶端的第一条格线上，将工作状态按键切换至“0V”，绿色指示灯点亮，此时上、下极板同时接地，电场力为零，油滴在重力、浮力及空气阻力的作用下作下落运动。油滴是先经一段变速运动，然后变为匀速运动，但变速运动的时间非常短（小于0.01s，与计时器的精度相当），所以可以认为油滴是立即匀速下落的。当油滴下落到有0标记的格线时，立刻按下“计时”键，计时器开始记录油滴下落的时间；待油滴下落至有距离标志（1.6）的格线时，再次按下计时键，计时器停止计时（计时位置见图3-3），此时油滴停止下落。“0V/工作”按键自动切换至“工作”，“平衡/提升”按键处于“平衡”，可以通过“确认”键将此次测量数据记录到屏幕上。将“平衡/提升”按键切换至“提升”，这时极板电压在原平衡电压的基础上增加约200V的电压，油滴立即向上运动，待油滴提升到屏幕顶端时，切换至“平衡”，找平衡电压，进行下一次测量。每颗油滴共测量5次，系统会自动计算出这颗油滴的电荷量。

　　（开始下落的位置）

　　0

　　（开始记时的位置）。油滴下落距离。。

　　1.6

　　（结束记时的位置）

　　（停止下落的位置）

　　图33-3平衡法计时位置示意图

　　3.正式测量

　　（1）、在前面步骤选择合适油滴的基础上，将“0V/工作”状态按键切换至“0V”，此时油滴开始下落，当油滴下落到有“0”标记的格线时，立即按下计时开始键，同时计时器启动，开始记录油滴的下落时间t。

　　（2）当油滴下落至有距离标记的格线时（例如：1.6），立即按下计时结束键，同时计时器停止计时，油滴立即静止，“0V/工作”按键自动切换至“工作”。通过“确认”按键将这次测量的“平衡电压和匀速下落时间”结果同时记录在监视器屏幕上。

　　（3）将“平衡/提升”按键置于“提升”，油滴将向上运动，当回到高于有“0”标记格线时，将“平衡/提升”键切换至平衡状态，油滴停止上升，重新调整平衡电压。（注意：如果此处的平衡电压发生了突变，则该油滴得到或失去了电子。这次测量不能作数，从步骤②开始重新找油滴。）

　　（4）重复（1）（2）（3），并将数据（平衡电压V及下落时间t）记录到屏幕上。当5次测量完成后，按“确认”键，系统将计算5次测量的平均平衡电压U和平均匀速下落时间t，并根据这两个参数自动计算并显示出油滴的电荷量q。

　　（7）重复上述步骤，共找5颗油滴，并测量每颗油滴的电荷量计算定出每个油滴的n和e，最后求出e再与e公认比较，算出百分偏差。

　　4.

　　数据记录及处理表格

　　表

　　33-1油滴

　　序号

　　1平衡电压

　　次数

　　V/V12345平均

　　12345平均

　　下降时间

　　T/sq?ne

　　/10?19C

　　n

　　e/10?19C

　　32345平均

　　e?

　　B=e-e公认?100%e公认

　　六、注意事项

　　1、CCD盒、固定螺钉、摄像镜头的机械位置不能变更，否则会对像距及成像角度造成影响。

　　2、仪器使用环境：温度为（0-40℃）的静态空气中。

　　3、注意调整进油量开关，应避免外界空气流动对油滴测量造成影响。

　　4、仪器内有高压，实验人员避免用手接触电极。

　　5、实验前应对仪器油滴盒内部进行清洁，防止异物堵塞落油孔。

　　6、注意仪器的防尘保护。

　　七、思考题

　　1.通过实验数据进行分析，指出作好本实验关键要抓住哪几步？造成实验数据测量不准的原因是什么？

　　2.为什么对不同油滴测得的电子电荷最后不能再求平均值来得到电子电荷的测量值？

　　附录一

　　ZKY-MLG-6型油滴仪简介

　　1.仪器基本结构

　　实验仪由主机、CCD成像系统、油滴盒、监视器和喷雾器等部件组成。

　　其中主机包括可控高压电源、计时装置、A/D采样、视频处理等单元模块。CCD成像系统包括CCD传感器、光学成像部件等。油滴盒包括高压电极、照明装置、防风罩等部件。监视器是视频信号输出设备。仪器部件示意如图3-4。

　　图33-4主机部件示意图

　　1、CCD盒

　　2、电源插座

　　3、调焦旋钮

　　4、Q9视频接口

　　5、光学系统

　　6、镜头

　　7、观察孔

　　8、上极板压簧

　　9、进光孔10、光源

　　11、确认键

　　12、状态指示灯

　　13、平衡/提升切换键

　　14、0V/工作切换键

　　15、计时开始/结束切换键

　　16、水准泡

　　17、电压调节旋钮

　　18、紧定螺钉

　　19、电源开关

　　20、油滴管收纳盒安放环

　　21、调平螺钉(3颗)

　　CCD模块及光学成像系统用来捕捉暗室中油滴的像，同时将图像信息传给主机的视频处理模块。实验过程中可以通过调焦旋钮来改变物距，使油滴的像清晰地呈现在CCD传感器的窗口内。

　　电压调节旋钮可以调整极板之间的电压大小，用来控制油滴的平衡、下落及提升。

　　计时“开始/结束”按键用来计时、“0V/工作”按键用来切换仪器的工作状态、“平衡/提升”按键可以切换油滴平衡或提升状态、“确认”按键可以将测量数据显示在屏幕上，从而省去了每次测量完成后手工记录数据的过程，使操作者把更多的注意力集中到实验本质上来。

　　油滴盒是一个关键部件，具体构成,如图

　　3-5所示。

　　图

　　33-5油滴盒装置示意图

　　1、喷雾口2、进油量开关3、防风罩4、上极板5、油滴室6、下极板7、油雾杯

　　8、上极板压簧9、落油孔

　　上、下极板之间通过胶木圆环支撑，三者之间的接触面经过机械精加工后可以将极板间的不平行度、间距误差控制在0.01mm以下；这种结构基本上消除了极板间的“势垒效应”及“边缘效应”，较好地保证了油滴室处在匀强电场之中，从而有效地减小了实验误差。

　　胶木圆环上开有两个进光孔和一个观察孔，光源通过进光孔给油滴室提供照明，而成像系统则通过观察孔捕捉油滴的像。照明由带聚光的高亮发光二极管提供，其使用寿命长、不易损坏；油雾杯可以暂存油雾，使油雾不会过早地散逸；进油量开关可以控制落油量；防风罩可以避免外界空气流动对油滴的影响。

　　2.实验界面

　　在完成参数设置后，按确认键，监视器显示实验界面，如图

　　3-6。不同的实验方法的实验界面有一定差异。

　　（极板电压）

　　（计时时间）

　　0

　　（电压保存提示栏）

　　（保存结果显示区）

　　（共5格）

　　极板电压：实际加到极板的电压，显示范围：0～1999V。

　　图

　　33-6实验界面示意图

　　计时时间：计时开始到结束所经历的时间，显示范围：0～99.99S。

　　电压保存提示：将要作为结果保存的电压，每次完整的实验后显示。当保存实验结果后（即按下确认键）自动清零。显示范围同极板电压。

　　保存结果显示：显示每次保存的实验结果，共5次，显示格式与实验方法有关。

　　平衡法：

　　（平衡电压）

　　（下落时间）

　　动态法：

　　（提升电压）

　　（平衡电压）

　　（上升时间）

　　（下落时间）

　　当需要删除当前保存的实验结果时，按下确认键2秒以上，当前结果被清除(不能连续删)。

　　下落距离：显示设置的油滴下落距离。当需要更改下落距离的时候，按住平衡、提升键2秒以上，此时距离设置栏被激活(动态法1步骤和2步骤之间不能更改)，通过

　　+键（即平衡、提升键）修改油滴下落距离，然后按确认键确认修改。距离标志相应变化。

　　距离标志：显示当前设置的油滴下落距离，在相应的格线上做数字标记，显示范围：0.2mm～1.8mm。垂直方向视场范围为2mm，分为10格，每格0.2mm。

　　实验方法：显示当前的实验方法（平衡法或动态法），在参数设置界面设定。欲改变实验方法，只有重新启动仪器（关、开仪器电源）。对于平衡法，实验方法栏仅显示“平衡法”字样；对于动态法，实验方法栏除了显示“动态法”以外，还显示即将开始的动态法步骤。如将要开始动态法第一步(油滴下落)，实验方法栏显示“1动态法”。同样，做完动态法第一步骤，即将开始第二步骤时，实验

　　方法栏显示“2动态法”。

　　仪器生产厂家：显示生产厂家。

　　附录二

　　常用参数表

　　表33-2

　　油滴仪专用的油密度随温度变化表

　　温度（?C)

　　099110986209813097640971?(kgm3)

　　表33-3

　　空气的动态粘度η

　　

　　t（?C)

　　01020304050607080?

　　（′10Pa）

　　-41.7101.7601.8101.8571.9641.9811.9982.0442.081

　　附录三

　　油滴仪测定基本电荷的另一种方法

　　最初的密立根油滴实验是利用(33-8)式，即测出平衡电压Vn、匀速下降速度?g，求出ne，定出e。后来密立根又进行了改进，以后对于e的测量大多采用以下方法：改变带电油滴的带电量或改变极板之间的场强（即改变极板间的电压），测出油滴在有电场存在时的匀速运动速度?E，而后定出电子电荷e。具体方法为：如在两极板间不加电压，油滴在空气中均速降落时，将同时受到重力和空气阻力的作用，且两者平衡，mg?6??a0?g

　　即

　　43?a0?g?6??a0?g

　　（33-12）

　　则

　　a0?9??g2?g

　　（33-13）

　　如果在两极板间加上任意电压V，当油滴在电场中匀速上升时（速度为?E，?E与?g反向）则有

　　qE?mg?6??a0?E

　　由（33-12）、（33-13）及（33-14）式得

　　（33-14）

　　4932?g12d(?g??E)

　　q??(?)()32?gV由于油滴很小，（33-15）式中η也应修正

　　（33-15）

　　????1?代入（33-15）式得

　　b

　　pa0

　　4932?g12db32

　　q?ne??(?)()(?g??E)?(1?)

　　32?gVpa0其中?g?

　　（33-16）

　　Lgtg，?E?LE。

　　tE如果取Lg?LE?0.002m，并将π、η、d、ρ、g、b、p等数值代入（33-16）式则可写成

　　q=ne=1.43?10-14(1tE1tg)V?tg(10.02tg)32

　　（33-17）

　　如果电压V加上后，油滴?E的方向与不加电压时油滴?g的方向相同，则

　　q=ne=1.43?10-14(1tg1tE)32V?tg(10.02tg)

　　（33-18）

　　实验中测出V，tg及tE，利用(33-17)式或(33-18)式，即可算出q，再由qe公认定出n，然后求出e实验?qn。(这里所用符号的物理意义与前面完全一样)

篇十五：基本电荷量的测量物理实验报告

le>大一下物理实验【实验报告】密立根油滴法测电子电荷-百度文库

　　东

　　南

　　大

　　学

　　物

　　理

　　实

　　验

　　报

　　告

　　姓名

　　学号

　　指导老师

　　日期

　　座位号

　　报告成绩

　　实验名称

　　密立根油滴法测电子电荷

　　目

　　录

　　预习报告?????????????????2~5实验目的????????????????????2实验仪器????????????????????2实验中的主要工作????????????????2预习中遇到的问题及思考?????????????3实验原始数据记录????????????????4

　　实验报告????????????????6~12实验原理?????????????????????

　　实验步骤?????????????????????

　　实验数据处理及分析????????????????

　　讨论???????????????????????

　　实验目的：

　　1、学会使用密立根油滴仪等实验仪器

　　2、掌握密立根油滴法测定电子电荷的试验方法

　　3、领悟密立根实验的设计思想

　　4、进一步掌握处理实验数据的方法

　　实验仪器（包括仪器型号）：

　　仪器名称

　　密立根油滴仪

　　型号规格

　　MOD-5生产厂家

　　南京培中科技开发研究所

　　实验中的主要工作：

　　1、调整仪器：将仪器放平，调节仪器底部左右两只调平螺丝，使仪器水平，仪器预热10分钟，将油从油雾室旁的喷雾口喷入，微调测微显微镜的调焦手轮。

　　2、测量练习：练习控制油滴。

　　3、正式测量：对同一颗油滴进行6~8次测量，而且每次测量都要重新调整平衡电压，用同样的方法再进行。

　　4、数据处理：验证电荷的不连续性并测定电子电荷值e。

　　5、仔细观察显微镜视场中看到的大小、明暗、降落快慢各异的油滴的表现。

　　仪器编号

　　油A-07

　　预习中遇到的问题及思考：

　　1、若油滴室内两容器极板不平行，对实验结果有何影响？

　　答：若油滴室内两容器极板不平行，则油滴所受电场力不在竖直方向上，故不能保证油滴做直线运动，计算公式条件不成立，求出来的电子电荷数量不准确。

　　2、若所加视场方向使得电荷所受电场力方向与重力方向相同，能否利用本实验的理论思想和方法测得电子电荷e？

　　答：若所加视场方向使得电荷所受电场力方向与重力方向相同，也能利用本实验的理论思想和方法测得电子电荷e，不过只能用动态法测量，并且要修改相应受力关系式。

　　实验原始数据记录：

　　油的密度

　　p=981kg/m3

　　重力加速度

　　g=9.80m/s2

　　空气的粘滞系数

　　n=1.83*10-5kg/(m*s)

　　油滴匀速下降的距离取

　　l=2.00*10-3m

　　修正常数

　　b=8.22*10-3m*pa

　　大气压强

　　P=1.013*105pa平行极板距离

　　d=5.00*10-3m代入以上数据可得

　　油滴编号

　　1#U/V3413403383393403382#U/V1731741741731741731743#U/V2812822822812822832824#U/V5#U/V6#U/V次数

　　t/s23.924.024.123.924.123.824.0t/s32.330.631.231.432.131.831.6t/st/st/st/s45.646.145.846.046.245.946.0123456

　　油滴

　　编号

　　数据

　　处理

　　26.123426.223525.923426.023426.323626.123526.123522.628721.628822.128722.428622.828622.328822.328739.832339.732340.032239.832140.232239.732339.9322平均值

　　3391#3.101.9422#3.542.18821.7710.633#3.292.0621.6453.444#4.963.1031.6533.315#1.6561.03511.6563.506#1.781.1311.7811.25q/(10-19c)q/e取整n测量值e(10-19c)

　　1.55

　　3.10对实验结果的分析

　　在实验误差允许范围内，可知各油滴所带电荷量都约为1.6*10-19C的整数倍，且不连续分布。

　　一、实验原理

　　用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的水平放置的平行极板之间，在油的喷射分散过程中，摩擦作用使得油滴带电，设油滴的质量为m，所带的电量为q，两极板间的电压为U，调节U，可使油滴静止在某一位置，忽略空气对油滴的浮力作用，则在平衡状态下有即，??①

　　其中m是一个微观量，无法从实验直接测量，需要采用特殊的方法间接测量：撤除平行板间的电压，油滴在重力作用下加速降落，随即便有空气的黏性阻力Fr作用在油滴上，重力与黏性阻力合作用的结果使得油滴很快达到以恒定速度v下落，粘滞阻力fr与重力mg平衡，即fr=6πrηv=mg??②

　　式中η是空气的黏滞系数，r是油滴的半径（由于表面张力的原因，油滴总是呈小球状）设油滴的密度为ρ，则

　　??③

　　故由①②③得：

　　??④

　　密立根在当年的实验中发现，斯托克斯公式fr=6πrηv应用于非常小的油滴时，应该对黏滞系数η进行一个除以

　　的修正，其中b为修正常数，b=8.22×10-3m·Pa；p为大气压强，单位为Pa，④式中速度v可通过测量在平行板电压为零的状态下，油滴匀速下降的距离l和相应的时间t得到v=l/t??⑤

　　将⑤式代入④式并考虑η的修正得

　　??⑥

　　本实验中油的密度ρ=9.81Kg·m-3，重力加速度g=9.80m/s2

　　空气的黏滞系数η=1.83×10-5Kg·m-1·s-1，油滴匀速下降的距离l=2.0×10-3m修正常数b=8.22×10-3m·Pa，大气压强p=1.013×105Pa平行板间距离d=5.0×10-3m

　　代入⑥式得

　　二、实验步骤

　　1、调整仪器：将仪器放平，调节仪器底部左右两只调平螺丝，使仪器水平。仪器预热十分钟，将油从油雾室旁的喷雾口喷入（喷一次即可），微调测量显微镜的调焦手轮，使视场中出现大量清晰的油滴。

　　2、练习测量：练习控制油滴，在平行极板上加上平衡电压（约250V），工作电压选择开关置（平衡）挡，驱走不需要的练习控制油滴，直到剩下几颗缓慢运动的油滴为止。注视其中的某一颗油滴，仔细调节平衡电压，使这颗油滴静止不动。然后去掉平衡电压，让它自由下降，下降一段距离后再加上“提升”电压，使油滴上升。如此反复多次地进行练习，以掌握控制油滴的方法。

　　练习测量油滴运行的时间，任意选择几颗运动速度快慢不同的油滴，用计时器测出它们下降一段距离所需要的时间，或者加上一定的电压，测出它们上升一段距离所需要的时间，如此反复多练习几次。

　　3.正式测量：在视场分划板的中央部分选定测量的一段距离l，对同一颗油滴应进行6次测量，而且每次测量都要重新调整平衡电压。用同样方法分别对6颗油滴进行测量。

　　4.数据处理

　　本实验中。为了证明电荷的不连续性，并得到基本电荷值e，应对实验测得的各油滴的电量q求最大公约数，即基本电荷值e。本次实验采用倒过来验证的办法进行数据处理，即用公认的电子电荷值e=1.60×10-19C去除以实验测得的电量q，得到一个接近于某个整数的数值，这个整数就是油滴所带的基本电荷的数目n。再用这个n去除以实验测得的电量，即电子电荷值e。

　　三、实验数据及分析

　　油滴编号

　　1#U/V3413403382#U/V1731741743#U/V2812822824#U/V5#U/V6#U/V次数

　　t/s23.924.024.1t/s32.330.631.2t/st/st/st/s45.646.145.812326.123426.223525.923422.628721.628822.128739.832339.732340.0322

　　456

　　油滴

　　编号

　　数据

　　处理

　　33934033823.924.123.824.017317417317431.432.131.831.628128228328226.023426.323626.123526.123522.428622.828622.328822.328739.832140.232239.732339.932246.046.245.946.0平均值

　　3391#3.101.9422#3.542.18821.7710.633#3.292.0621.6453.444#4.963.1031.6533.315#1.6561.03511.6563.506#1.781.1311.7811.25q/(10-19c)q/e取整n测量值e(10-19c)

　　1.55

　　3.10对实验结果的分析

　　在实验误差允许范围内，可知各油滴所带电荷量都约为1.6*10-19C的整数倍，且不连续分布。

　　四、讨论

　　1、试验中，有时油滴有漂移现象，例如油滴做定向漂移或作乱漂移，试分别分析其产生的原因和解决的方法。

　　答：①水准泡是用来检查油滴盒电极板水平的，使用久后，油滴漂移可能与水准泡是否松动有关。

　　②检查上极板和绝缘环有没有放平整，有没有翘起来，否则油滴所受的电力场和重力不在同一条直线上，油滴就要漂移。

　　③检查石英玻璃窗有没有掉下来，空气通过观察孔对流，从而

　　使油滴漂移。

　　2、甲乙两同学都用倒过来验证的方法处理数据，甲同学跟踪测定一个油滴得到的数据是到的数据是，比，乙同学跟踪测定一个油滴得更接近电子电荷的公认值e，乙同学认为他选择的油滴比甲同学的油滴更加合适一些，你的观点如何？

　　答：我认为甲同学的测定更加精准一些，本实验要求需取整的数应无限接近于离其最近的整数，这样实验数据误差才更小，从而证明了电荷带电量的不连续性。

篇十六：基本电荷量的测量物理实验报告

le>实验33元电荷的测定.-百度文库

　　实验33

　　元电荷的测定

　　1897年,J.J.汤姆逊发现了电子后，许多科学家为测量电子的电荷量进行了大量的实验探索工作。其中，美国物理学家密立根（R.A.Millikan）从1910年开始，历时七年之久，通过测量微小油滴所带的电荷，不仅证明了电荷的不连续性，即所有的电荷都是基本电荷e的整数倍，而且测得了基本电荷的准确值。电荷e是一个基本物理量，它的测定还为从实验上测定电子质量、普朗克常数等其他物理量提供了可能性，密立根因此获得了1923年的诺贝尔物理学奖。

　　密立根油滴实验用经典力学的方法，揭示了微观粒子的量子本性。它的构思巧妙，设备简单，结果准确，是一个著名而有启发性的物理实验。本实验就是采用密立根油滴实验的方法来测定电子的电荷值e的。实验中油滴非常微小（半径约为10?9m，质量约为10?15kg），进行本实验需具备严谨的科学态度、严格的实验操作、准确的数据处理，才能得到较好的实验结果。

　　一、实验目的

　　1.了解油滴仪测定油滴带电量的基本原理及实验方法。2.测定电子的电荷值

　　e并验证电荷的不连续性。

　　二、实验仪器

　　密立根油滴仪、喷雾器等。

　　三、实验原理1.基本原理

　　实验中，用喷雾器将油滴喷入两块相距为d的水平放置的平行极板之间，如图33-1所示。油滴在喷射时由于摩擦，一般都会带电。设油滴的质量为m，所带电量为q，加在两平行极板之间的电压为V，油滴在两平行极板之间将受到两V个力的作用，一个是重力mg，一个是电场力qE=q?。通过调节加在两极板之d

　　间的电压V，可以使这两个力大小相等、方向相反，从而使油滴达到平衡，悬浮在两极板之间。此时有

　　mg?qE?qV

　　(33-1)

　　d其中，m为油滴的质量（约10?15kg），q为油滴所带的电量，d为两极板间的距离，V为油滴平衡不动时所加电压。

　　图33-1

　　图33-2为了测出

　　q值，除测定d、V外，还需要测定

　　m，油滴的

　　m很小，需要用如下方法测定。

　　2.油滴质量

　　m的测定

　　如图33-2所示，平行板未加电压时，油滴受重力而加速下降，但空气的粘滞性对油滴所产生的阻力与速度成正比，由stokes定律知fr=6pa0hug，油滴下降一段距离后，油滴匀速下降，阻力与重力平衡（忽略空气浮力），有

　　fr=6pa0hug=mg

　　(33-2)

　　其中，h是空气的粘滞系数，a0为油滴的半径，约10?6m（油滴由于表面张力，总是呈小球状），?g为油滴匀速下降时的运动速度。设油的密度为r，油滴的质量又可表示为

　　m??a03?

　　(33-3)将(33-3)式代入(33-2)式得

　　a0?9??g2?g

　　(33-4)

　　对于半径小于10?6m的小球，大小与空气孔隙相近，空气介质不能再认为是均匀的，粘滞系数应修正为????1?b，式中b为一修正常数，p为大气压强，这pa0

　　时a0应改为a1，其中

　　a1=9hug1

　　?b2rg1+pa0

　　(33-5)(33-5)式根号中仍含有a0，但它处于修正项中，不需十分精确，仍可用(33-4)式计算。将(33-5)式代入(33-3)式，得

　　m=

　　9hug41pr(?)32

　　(33-6)

　　32rg1+bpa03．?g的测定

　　当电压V=0时，测出油滴在平行极板间匀速下降

　　L距离所用的时间

　　t，则

　　?g?L

　　t

　　(33-7)4．q的计算公式

　　32将(33-6)式、(33-7)式代入(33-1)式，整理后得

　　轾犏18p犏hL

　　q=鬃犏b2rg犏t(1+)犏pa0犏臌d

　　V

　　(33-8)

　　其中，油的密度ρ=(991-0.5T)kg?m?3(它随温度变化)，重力加速度T?2732()?383-2273?1.73?10?5N.S.m?2，油滴g=9.7905m×s，空气的粘滞系数??T?3833匀速下降距离L=1.60?10?3m，修正常数b=8.23?10?3N.m?1，大气压强p=101325Pa，平行极板距离d=5.00?10?3m将以上数据代入(33-8)式，得

　　q=1

　　（33-9）

　　?32V轾t(1+0.0196t)犏臌1.02′10-145．电荷的不连续性

　　实验发现：(1)对于同一个油滴，如果改变它所带的电量（如加放射源、X

　　射线等），则能够使油滴达到平衡的电压必须是某些特定的值Vn，研究Vn的规律，可以发现Vn满足下列方程

　　d

　　q=ne=mg?

　　（33-10）

　　Vn其中n=±1，±2，……，而e则是一个不变的值。这表示电量

　　q是不连续的，是最小单位e（电子电荷值）的整数倍。

　　(2)对于不同的油滴，可以发现有同样的规律，而且e值是相同的常数，这说明电荷是不连续的，电荷存在着最小的电荷单位，也即是电子的电荷值e。于是，（33-8）式可化为

　　??18???L??

　　ne???b2?g?t(1?)??pa0???32?d

　　（33-11）

　　V根据式(33-11)即可测出电子的电荷值e，验证电子电荷的不连续性。

　　四、实验内容

　　1．测定油滴所带电量q

　　调节平衡电压值，使油滴平衡不动，记录此时的平衡电压V，测定油滴在平衡极板间匀速下降1.6mm所用的时间t。根据公式（33-9），计算油滴所带电量q。

　　2．验证电荷的不连续性

　　为了证明电荷的不连续性和所有电荷都是基本电荷e的整数倍，并求得

　　e值，我们用“倒过来验证”的办法进行数据处理，即用实验测得

　　q与公认的电子电荷值（e=1.6021892×10?19C）相比较，定出n（取最接近的整数），最后用q/n求出实验值e实验。

　　五、实验步骤1.仪器调节

　　（1）水平调整

　　调整实验仪主机的调平螺钉（21）(俯视时，顺时针平台降低，逆时针平台

　　升高)，直到水准泡正好处于中心（注：严禁旋动水准泡上的旋钮）。将实验平台调平，使平衡电场方向与重力方向平行以免引起实验误差。极板平面是否水平决定了油滴在下落或提升过程中是否发生左右的漂移。

　　（2）喷雾器调整

　　将少量钟表油缓慢地倒入喷雾器的储油腔内，使钟表油湮没提油管下方，油不要太多，以免实验过程中不慎将油倾倒至油滴盒内堵塞落油孔。将喷雾器竖起，用手挤压气囊，使得提油管内充满钟表油。

　　(3)、开机

　　a、打开实验仪电源及监视器电源，监视器出现仪器名称及研制公司界面。

　　b、按主机上任意键：监视器出现参数设置界面，先设置实验方法，然后根据该地的环境适当设置温度、重力加速度、油密度、大气压强、油滴下落距离。(“←”表示左移键、“→”表示为右移键、“+”表示数据设置键。)c、按确认键后出现实验界面：将工作状态切换至“工作”，红色指示灯亮，将平衡、提升按键设置为“平衡”。

　　（4）CCD成像系统调整

　　从喷雾口喷入油雾，此时监视器上应该出现大量运动油滴的像。若没有看到油滴的像，则需调整调焦旋钮或检查喷雾器是否有油雾喷出。

　　2.练习测量

　　（1）选择合适的油滴（下落时间20～30s,电压250～300vdc）

　　根据油滴在电场中受力平衡公式qv/d=4πa3ρg/3以及多次实验的经验，当油滴的实际半径在0.5-1μm时最为适宜。若油滴过小，布朗运动影响明显，平衡电压不易调整，时间误差也会增加；若油滴过大，下落太快，时间相对误差增大，且油滴带多个电子的几率增加，前面说到，我们希望合适的油滴最好带1-5个电子。

　　操作方法：按键设置状态分别为；“结束”、“工作”、“平衡”状态，平衡电压调为约400V。喷入油滴，调节调焦旋钮，使屏幕上显示大部分油滴，可见带电多的油滴迅速上升出视场，不带电的油滴下落出视场，约10s后油滴减少。选择那种上升缓慢的油滴作为暂时的目标油滴，切换“0V/工作”键，这时极板间的电压为0V，在暂时的目标油滴中选择下落速度为每格3～4s的作为最终的目标油滴，调节调焦旋钮使该油滴最小最亮。

　　（2）平衡电压的确认

　　目标油滴聚焦到最小最亮后，仔细调整平衡时的“电压调节”使油滴平衡在某一格线上，等待一段时间（大约两分钟），观察油滴是否飘离格线。若油滴始终向同一方向飘离，则需重新调整平衡电压；若其基本稳定在格线或只在格线上下做轻微的布朗运动，则可以认为油滴达到了力学平衡，这时的电压就是平衡电压。

　　（3）控制油滴的运动

　　将油滴平衡在屏幕顶端的第一条格线上，将工作状态按键切换至“0V”，绿色指示灯点亮，此时上、下极板同时接地，电场力为零，油滴在重力、浮力及空气阻力的作用下作下落运动。油滴是先经一段变速运动，然后变为匀速运动，但变速运动的时间非常短（小于0.01s，与计时器的精度相当），所以可以认为油滴是立即匀速下落的。当油滴下落到有0标记的格线时，立刻按下“计时”键，计时器开始记录油滴下落的时间；待油滴下落至有距离标志（1.6）的格线时，再次按下计时键，计时器停止计时（计时位置见图3-3），此时油滴停止下落。“0V/工作”按键自动切换至“工作”，“平衡/提升”按键处于“平衡”，可以通过“确认”键将此次测量数据记录到屏幕上。将“平衡/提升”按键切换至“提升”，这时极板电压在原平衡电压的基础上增加约200V的电压，油滴立即向上运动，待油滴提升到屏幕顶端时，切换至“平衡”，找平衡电压，进行下一次测量。每颗油滴共测量5次，系统会自动计算出这颗油滴的电荷量。

　　（开始下落的位置）

　　0

　　（开始记时的位置）。油滴下落距离。。

　　1.6

　　（结束记时的位置）

　　（停止下落的位置）

　　图33-3平衡法计时位置示意图

　　3.正式测量

　　（1）、在前面步骤选择合适油滴的基础上，将“0V/工作”状态按键切换至“0V”，此时油滴开始下落，当油滴下落到有“0”标记的格线时，立即按下计时开始键，同时计时器启动，开始记录油滴的下落时间t。

　　（2）当油滴下落至有距离标记的格线时（例如：1.6），立即按下计时结束键，同时计时器停止计时，油滴立即静止，“0V/工作”按键自动切换至“工作”。通过“确认”按键将这次测量的“平衡电压和匀速下落时间”结果同时记录在监视器屏幕上。

　　（3）将“平衡/提升”按键置于“提升”，油滴将向上运动，当回到高于有“0”标记格线时，将“平衡/提升”键切换至平衡状态，油滴停止上升，重新调整平衡电压。（注意：如果此处的平衡电压发生了突变，则该油滴得到或失去了电子。这次测量不能作数，从步骤②开始重新找油滴。）

　　（4）重复（1）（2）（3），并将数据（平衡电压V及下落时间t）记录到屏幕上。当5次测量完成后，按“确认”键，系统将计算5次测量的平均平衡电压U和平均匀速下落时间t，并根据这两个参数自动计算并显示出油滴的电荷量q。

　　（7）重复上述步骤，共找5颗油滴，并测量每颗油滴的电荷量计算定出每个油滴的n和e，最后求出e再与e公认比较，算出百分偏差。

　　4.

　　数据记录及处理表格

　　表

　　33-1油滴

　　序号

　　1平衡电压

　　次数

　　V/V12345平均

　　12345平均

　　下降时间

　　T/sq?ne

　　/10?19C

　　n

　　e/10?19C

　　32345平均

　　e?

　　B=e-e公认?100%e公认

　　六、注意事项

　　1、CCD盒、固定螺钉、摄像镜头的机械位置不能变更，否则会对像距及成像角度造成影响。

　　2、仪器使用环境：温度为（0-40℃）的静态空气中。

　　3、注意调整进油量开关，应避免外界空气流动对油滴测量造成影响。

　　4、仪器内有高压，实验人员避免用手接触电极。

　　5、实验前应对仪器油滴盒内部进行清洁，防止异物堵塞落油孔。

　　6、注意仪器的防尘保护。

　　七、思考题

　　1.通过实验数据进行分析，指出作好本实验关键要抓住哪几步？造成实验数据测量不准的原因是什么？

　　2.为什么对不同油滴测得的电子电荷最后不能再求平均值来得到电子电荷的测量值？

　　附录一

　　ZKY-MLG-6型油滴仪简介1.仪器基本结构

　　实验仪由主机、CCD成像系统、油滴盒、监视器和喷雾器等部件组成。

　　其中主机包括可控高压电源、计时装置、A/D采样、视频处理等单元模块。CCD成像系统包括CCD传感器、光学成像部件等。油滴盒包括高压电极、照明装置、防风罩等部件。监视器是视频信号输出设备。仪器部件示意如图3-4。

　　图33-4主机部件示意图

　　1、CCD盒

　　2、电源插座

　　3、调焦旋钮

　　4、Q9视频接口

　　5、光学系统

　　6、镜头

　　7、观察孔

　　8、上极板压簧

　　9、进光孔10、光源

　　11、确认键

　　12、状态指示灯

　　13、平衡/提升切换键

　　14、0V/工作切换键

　　15、计时开始/结束切换键

　　16、水准泡

　　17、电压调节旋钮

　　18、紧定螺钉

　　19、电源开关

　　20、油滴管收纳盒安放环

　　21、调平螺钉(3颗)

　　CCD模块及光学成像系统用来捕捉暗室中油滴的像，同时将图像信息传给主机的视频处理模块。实验过程中可以通过调焦旋钮来改变物距，使油滴的像清晰地呈现在CCD传感器的窗口内。

　　电压调节旋钮可以调整极板之间的电压大小，用来控制油滴的平衡、下落及提升。

　　计时“开始/结束”按键用来计时、“0V/工作”按键用来切换仪器的工作状态、“平衡/提升”按键可以切换油滴平衡或提升状态、“确认”按键可以将测量数据显示在屏幕上，从而省去了每次测量完成后手工记录数据的过程，使操作者把更多的注意力集中到实验本质上来。

　　油滴盒是一个关键部件，具体构成,如图

　　3-5所示。

　　图

　　33-5油滴盒装置示意图

　　1、喷雾口2、进油量开关3、防风罩4、上极板5、油滴室6、下极板7、油雾杯

　　8、上极板压簧9、落油孔

　　上、下极板之间通过胶木圆环支撑，三者之间的接触面经过机械精加工后可以将极板间的不平行度、间距误差控制在0.01mm以下；这种结构基本上消除了极板间的“势垒效应”及“边缘效应”，较好地保证了油滴室处在匀强电场之中，从而有效地减小了实验误差。

　　胶木圆环上开有两个进光孔和一个观察孔，光源通过进光孔给油滴室提供照明，而成像系统则通过观察孔捕捉油滴的像。照明由带聚光的高亮发光二极管提供，其使用寿命长、不易损坏；油雾杯可以暂存油雾，使油雾不会过早地散逸；进油量开关可以控制落油量；防风罩可以避免外界空气流动对油滴的影响。

　　2.实验界面

　　在完成参数设置后，按确认键，监视器显示实验界面，如图

　　3-6。不同的实验方法的实验界面有一定差异。

　　（极板电压）

　　（计时时间）

　　0

　　（电压保存提示栏）

　　（保存结果显示区）

　　（共5格）

　　极板电压：实际加到极板的电压，显示范围：0～1999V。

　　图

　　33-6实验界面示意图

　　计时时间：计时开始到结束所经历的时间，显示范围：0～99.99S。

　　电压保存提示：将要作为结果保存的电压，每次完整的实验后显示。当保存实验结果后（即按下确认键）自动清零。显示范围同极板电压。

　　保存结果显示：显示每次保存的实验结果，共5次，显示格式与实验方法有关。

　　平衡法：

　　（平衡电压）

　　（下落时间）

　　动态法：

　　（提升电压）

　　（平衡电压）

　　（上升时间）

　　（下落时间）

　　当需要删除当前保存的实验结果时，按下确认键2秒以上，当前结果被清除(不能连续删)。

　　下落距离：显示设置的油滴下落距离。当需要更改下落距离的时候，按住平衡、提升键2秒以上，此时距离设置栏被激活(动态法1步骤和2步骤之间不能更改)，通过

　　+键（即平衡、提升键）修改油滴下落距离，然后按确认键确认修改。距离标志相应变化。

　　距离标志：显示当前设置的油滴下落距离，在相应的格线上做数字标记，显示范围：0.2mm～1.8mm。垂直方向视场范围为2mm，分为10格，每格0.2mm。

　　实验方法：显示当前的实验方法（平衡法或动态法），在参数设置界面设定。欲改变实验方法，只有重新启动仪器（关、开仪器电源）。对于平衡法，实验方法栏仅显示“平衡法”字样；对于动态法，实验方法栏除了显示“动态法”以外，还显示即将开始的动态法步骤。如将要开始动态法第一步(油滴下落)，实验方法栏显示“1动态法”。同样，做完动态法第一步骤，即将开始第二步骤时，实验

　　方法栏显示“2动态法”。

　　仪器生产厂家：显示生产厂家。

　　附录二

　　常用参数表

　　表33-2

　　油滴仪专用的油密度随温度变化表

　　温度（?C)

　　0991

　　10986209813097640971?(kgm3)

　　表33-3

　　空气的动态粘度

　　t（?C)

　　01020304050607080?

　　（′10Pa）

　　-41.7101.7601.8101.8571.9641.9811.9982.0442.081

　　附录三

　　油滴仪测定基本电荷的另一种方法

　　最初的密立根油滴实验是利用(33-8)式，即测出平衡电压Vn、匀速下降速度?g，求出ne，定出e。后来密立根又进行了改进，以后对于e的测量大多采用以下方法：改变带电油滴的带电量或改变极板之间的场强（即改变极板间的电压），测出油滴在有电场存在时的匀速运动速度?E，而后定出电子电荷e。具体方法为：如在两极板间不加电压，油滴在空气中均速降落时，将同时受到重力和空气阻力的作用，且两者平衡，mg?6??a0?g

　　即

　　43?a0?g?6??a0?g

　　（33-12）

　　则

　　a0?9??g2?g

　　（33-13）

　　如果在两极板间加上任意电压V，当油滴在电场中匀速上升时（速度为?E，?E与?g反向）则有

　　qE?mg?6??a0?E

　　由（33-12）、（33-13）及（33-14）式得

　　（33-14）

　　4932?g12d(?g??E)

　　q??(?)()32?gV由于油滴很小，（33-15）式中η也应修正

　　（33-15）

　　????1?代入（33-15）式得

　　bpa0

　　4932?g12db32

　　q?ne??(?)()(?g??E)?(1?)

　　32?gVpa0其中?g?

　　（33-16）

　　Lgtg，?E?LE。

　　tE如果取Lg?LE?0.002m，并将π、η、d、ρ、g、b、p等数值代入（33-16）式则可写成

　　q=ne=1.43?10-14(1tE1tg)V?tg(10.02tg)32

　　（33-17）

　　如果电压V加上后，油滴?E的方向与不加电压时油滴?g的方向相同，则

　　q=ne=1.43?10-14(1tg1tE)32V?tg(10.02tg)

　　（33-18）

　　实验中测出V，tg及tE，利用(33-17)式或(33-18)式，即可算出q，再由qe公认定出n，然后求出e实验?qn。(这里所用符号的物理意义与前面完全一样)

篇十七：基本电荷量的测量物理实验报告

le>大学物理实验教案(元电荷的测量).doc-百度文库

　　大学物理实验教案

　　教学目的

　　实验项H

　　元电荷的测定

　　1.

　　了解油滴仪测定油滴带电量的慕本原理及实验方法。

　　2.

　　测定电子的电荷值e并验证电荷的不连续性。

　　美国物理学家密立根(R.A.Millikan)从1910年开始，历时七年之久，通过测量微小油滴所带的电荷，不仅证明了

　　电荷的不连续性，即所有的电荷都是基木电荷e的整数倍，而且测得了基本电荷的准确值。

　　1、基本原理

　　带电油滴喷入两平行极板，如果调节极板电压使油滴

　　平衡则mg=qE=ql,如图1所示。

　　a

　　2、油滴质量的测定

　　当油滴在空气中匀速下落时，受到的阻力与重力平衡

　　/；=6paQhu^=mg，如图2所示，油滴的质量

　　m=—7rp‘

　　图1

　　图2

　　A

　　i经过修正后可以求得加二-pr(—~严

　　32怡

　　“A3、的测定

　　当电压V=0时，测出油滴在平行极板间匀速下降L距离所用的时间t,则乙

　　4、q的计算3/2由以上公式可以推导；11q=

　　把油的

　　)密度Q.重力加速度g.空气粘度77,油滴匀速下降距离厶，修正常实验原理概要

　　b,大气压强〃，极板距离d带入公式，整理后得

　　1.43r10*14

　　O1

　　q=—

　　--------------o

　　診+0.0196&）

　　1.

　　V

　　正确使用喷雾器，常握如何用喷雾器喷出大量细小油滴的技巧。

　　教学重点与难点

　　2.

　　选择适当的油滴，掌握在大量油滴中筛查出符合要求的油滴的方

　　法。

　　3.

　　掌握测量油滴平衡电压和下降时间的方法。

　　1.

　　调节仪器水平，练习控制油滴和测量油滴的平衡电压、下降时间，练实验内容提要

　　习选择油滴。

　　2.

　　寻找合适的油滴，对于每个油滴测量5次。

　　3.

　　处理数据。

　　1.

　　每个油滴的平衡电压必须测量准确，耍做到在该电压作用下，油

　　滴没测暈与数据处理

　　要求

　　有明显的向上或者向下的运动趋势，观察和判断油滴平衡的

　　时间要足够长。

　　2.

　　下降吋间必须测量多次，每次都要注意下降起点和终点是否准确。

　　1.

　　如果油滴的平衡电压很低或者下降时间很短，会带來什么影响？

　　思考题

　　2.

　　验证电荷的不连续性，需要什么条件？

　　3.

　　能否用下降一半距离的时间乘以二倍，得到总的下降时间？

　　《大学物理实验》一一马靖马宋设施洋主编《

　　大学物理实验指导》一一

　　丁参考资料

　　道淳陈Z前编

　　《物理实验教程》一一丁慎训张连芳主编

　　《大学物理实验》一一霍剑青吴泳华等主编

　　一、预习与操作评分标准（总分100分）

　　1.

　　预习20分

　　2.

　　操作80分

　　（1）

　　仪器水平调节一一10分

　　（2）

　　找到1颗条件合适（平衡电压和下降时间）的油滴，并多次测

　　量

　　30分

　　（3）

　　找到2颗条件合适（平衡电压和下降时间）的油滴，并多次测

　　量一一30分

　　评分标准

　　（4）

　　找到3颗条件合适（平衡电压和下降时间）的油滴，并多次测

　　堕

　　30分

　　二、报告的评分标准（总分100分）

　　（1）

　　实验目的及仪器各5分——共10分

　　（2）

　　实验原理——10分

　　（3）

　　表格上方各实验参数正确填写一一5分

　　（4）

　　三颗油滴的计算结果均在公认值±5%范围——55分

　　（5）

　　单位电荷量的平均值一一10分

　　（6）

　　百分偏差一一10分

篇十八：基本电荷量的测量物理实验报告

le>电子电荷的测量(密立根油滴实验)-百度文库

　　实验５７

　　电子电荷的测量（密立根油滴实验）

　　由美国物理学家密立根（Ｍｉｌｌｉｋａｎ，Ｒ．Ａ．）完成的测量微小油滴上所带电荷的实验——油滴实验，是物理学发展史上具有重要意义的实验。这一实验首次证明了电荷的不连续性，即任何带电体所带的电量都是基本电荷的整数倍，并精确测定了基本电荷ｅ＝1.60×10-19库仑。电子电荷是物理学中基本常数之一，在理论和实际工作中都有重要意义，它的精确测定，为从实验上测定许多基本物理量提供了可能性。

　　密立根油滴实验设计精巧，设备简单，而实验结论却有不容置疑的说服力，因此这一实验历来被看做是物理实验的一个光辉典范。密立根由于这一杰出工作和在光电效应方面的研究成果而荣获１９２３年诺贝尔物理奖。

　　【预习重点】

　　（１）用油滴法测量电子电荷的原理。

　　（２）密立根油滴仪的结构原理和调节使用方法。

　　【仪器】

　　密立根油滴仪（包括油滴盒、照明装置、显微镜、电源及油喷雾器）、电子停表。

　　ＭＯＤ—４型油滴仪简介如下。

　　ＭＯＤ—４型油滴仪结构如图５７—１所示。油滴盒由两块经过精磨的平行极板、中间垫以胶木圆环组成，两平行极板的间距为ｄ。胶木圆环上有进光孔（插导光棒）、观察孔（正对显微镜）和石英玻璃窗（旁边装有笔形汞灯）。上电极板中央有一个直径为０.４ｍｍ的小孔，油滴从油雾室经此孔下落，进入油滴盒。油滴盒可用调平螺丝调节水平并用水准器校验。

　　图５７—１

　　油滴实验仪

　　照明装置包括照明灯室和导光棒。灯室中装一２.２Ｖ聚光小灯泡，通过调节小灯泡方向，可使油滴更为清晰明亮。

　　显微镜通过胶木圆环上的观察孔观察平行极板间的油滴。显微镜目镜中装有分划板，其垂直方向的总刻度相当于视物中的３.００ｍｍ，用以测量油滴运动的距离ｌ。

　　电源共提供４种电压：２.２Ｖ照明小灯泡电压，５００Ｖ直流平衡电压，２５０Ｖ直流升降电压和笔形汞灯工作电压。５００Ｖ直流平衡电压可连续调节，读数从电压表上读出，并由反向开关换向以改变上下电极板的极性。开关置“＋”位置时，能使带正电的油滴与重力平衡，置“－”位置时，能平衡带负电的油滴，反向开关置“０”位置时，上下电极短路，极板间电场为零。２５０Ｖ直流升降电压也可连续调节，它可以通过升降电压反向开关叠加在平衡电压上，以控制油滴在电场中的上升或下降运动。

　　笔形汞灯辐射的２５３.７ｎｍ的紫外线可通过石英玻璃窗进入油滴盒。实验时按动汞灯开关，约５ｓ后经紫外线照射的油滴就可改变带电量。改变量的大小由紫外线强弱和照射时间决定，一般可改变１～５个电子电量。

　　计时器是一只液晶显示的电子停表，精度为０.０１ｓ。

　　【原理】

　　１）静态（平衡）测量法

　　如果给平行极板加一直流电压Ｕ（平衡电压），两极板间就形成了一个均匀电场，电场强度Ｅ＝Ｕ／ｄ，ｄ是极板间距。

　　图５７—２

　　油滴受力情况

　　油滴在喷入油滴盒时由于摩擦会带有一定量的电荷ｑ，落入两极板间的油滴除了受重力作用外，还要受到电场力ｑＥ的作用。调节平衡电压Ｕ的大小和方向，使油滴所受电场力刚好与油滴的视重（重力ｍｇ减浮力Ｆ）相平衡，则油滴可静止在两极板间的某一个位置，此时两极板间的电压称为平衡电压Ｕ，油滴受力的平衡条件是

　　ｍｇ－Ｆ＝ｑＥ

　　即

　　（５７—１）

　　如图５７—２（ａ）所示，其中：ａ为油滴半径；ρ为油的密度；ρ０是空气的密度。

　　为了获得油滴的半径，可去掉两极板间的平衡电压，即将上、下两极板短路，让油滴在重力作用下自由下落。在下落过程中油滴除受重力作用外，还要受空气的粘滞阻力作用，这个粘滞阻力随油滴下降速度的增加而增大。当增大到与油滴

　　的重力平衡时，油滴将以收尾速度匀速下降。测出油滴匀速下落速度ｖｇ，由斯托克斯（Ｓｔｏｋｅｓ）定律有

　　于是可求得油滴半径

　　（５７—２）

　　式中：η为空气的粘滞系数。

　　必须指出，由于油滴的半径很小（一般是微米级），已与通常压力下空气分子的平均自由程相当，因而空气已不能视为连续介质。密立根对斯托克斯定律引入了一个校正项，经修正后的油滴半径

　　（５７—３）

　　密立根从实验中确定了修正系数ｂ＝０.０００６１７（大气压强以厘米汞柱高、半径ａ以厘米为单位时），ｐ为大气压强。

　　设油滴在ｔｇ时间内匀速下降的距离为ｌ，则ｖｇ＝ｌ／ｔｇ，并将此式与式（５７—３）代入式（５７—１）得

　　（５７—４）

　　上式即是静态测量法测定油滴电荷的理论公式。

　　２）动态测量法

　　在两极板间加以适当的电压Ｕ，电压Ｕ并不是平衡电压，而是使油滴在静电力作用下加速上升。由于空气粘滞阻力的作用，上升一段距离后达到一个收尾速度ｖｅ，即此时空气阻力Ｆｒ、油滴视重力（ｍｇ－Ｆ）与静电力ｑＥ达到平衡，油滴以匀速上升，如图５７—２（ｂ）所示。断开此电压使两极板短路，油滴自由下落，达到收尾速度ｖｇ后油滴在ｔｇ时间内匀速下降距离ｌ。油滴在电压控制下一会儿上升，一会儿下降，可以很快地对一个油滴取得较多的数据。

　　油滴在电场力作用下上升时，其力平衡式为

　　（５７—５）

　　在重力作用自由下落时，力平衡式为

　　（５７—６）

　　两式相除得

　　所以

　　（５７—７）

　　如果此油滴带电量从ｑ变化到ｑ′，油滴在电场中匀速上升的速度将由ｖｅ变为ｖ′，而匀速下降的速度ｖｇ不变，这时电荷量

　　e

　　显然电荷的改变量

　　（５７—８）

　　实验时取油滴匀速下降和匀速上升的距离相等，都设为ｌ，测得油滴匀速下降ｌ所用时间为ｔｇ，匀速上升ｌ所用时间为ｔｅ和ｔ即

　　e′（５７—９）

　　将式（５７—３）和式（５７—９）代入式（５７—７）和式（５７—８）式得

　　设

　　则

　　（５７—１０）

　　（５７—１１）

　　对若干个油滴进行反复测量，并对同一个油滴改变电荷量重复进行测量，可以分析出测得的结果ｑｉ和δｑｉ（ｉ＝１，２，…，ｎ）是某一个数值的公倍数，这个数值就是电子的电荷。

　　【实验要求】

　　（１）调节油滴仪底座螺钉，使油滴盒保持水平。

　　（２）调节照明系统和显微镜，使显微镜视场中的油滴和分划板清晰明亮。调节时先调节目镜看清分划板，再喷入油滴，用显微镜直接对油滴聚焦。

　　（３）练习控制油滴：在平行极板上加平衡电压约２００Ｖ～３００Ｖ，换向开关放在“＋”或“－”侧，驱走不需要的油滴。选择几颗油滴，注视其中一颗，仔细调节平衡电压，使这颗油滴平衡不动。然后去掉平衡电压，让油滴匀速下降，之后再加上平衡电压和升降电压，使油滴上升。如此反复多次进行练习，以掌握控制油滴的方法。

　　（４）用动态法进行测量：掌握控制油滴的方法后，对选好的油滴进行测量。测得加在极板上的电压Ｕ，油滴匀速下降一段距离ｌ所需时间ｔｇ和油滴在静电力作用下匀速上升同样一段距离ｌ所需时间ｔｅ。油滴所带电荷可用式（５７—７）求得；开启汞灯约５ｓ左右，经紫外线照射的油滴改变了带电量，测得改变了电荷量的油滴在同一电压Ｕ作用下的匀速上升ｌ所需的时间ｔｅ，用式（５７—８）求得电荷的改变量δｑ。

　　对同一颗油滴进行３次重复测量，改变电荷量后再进行３次重复测量。

　　（５）用同样要求对５颗以上的油滴进行测量。

　　（６）测量气压和温度，记下油的密度和极板间距等实验室给定的数据。

　　【数据处理】

　　（１）求得电子电荷的平均值ｅ。测得油滴的电荷量ｑｉ和电荷的改变量δｑｉ（ｉ＝１，２，３，…，ｎ）后，求得ｑｉ和δｑｉ的最大公约数，反过来算得各油滴所带基本电荷的个数和电荷改变量的基本电荷数（用ｑｉ和δｑｉ除以最大公约数，得到一个接近于某一整数的数值）。再用ｑｉ和δｑｉ除以这些整数，求得基本电荷ｅ，再求平均值。

　　（２）对求得的基本电荷ｅ作出不确定度估计。

　　（３）常数的选择：π选择３.１４１６；ｇ为天津地区重力加速度９.８０１ｍ／s2。空气粘滞系数和密度见下表。

　　中间值采用线性插入法获得。

　　【思考题】

　　（１）选择油滴时为什么不宜过大，也不宜过小？

　　（２）把油滴的速度表示为时间的函数：

　　式中：ｂ＝６πａη；ｍ为油滴质量。估算一下油滴从开始下降到达到匀速运动所需的时间。

　　（３）本实验用紫外线照射使油滴改变带电量，试说明其原理。还可以用什么方法改变油滴的带电量。

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