实验29 密立根油滴实验——电子电荷的测量【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．通过实验过程中，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。
3．学习和理解密立根利用宏观量测量微观量的巧妙设想和构思。
【实验仪器】根据实验原理，实验仪器——密立根油滴仪，应包括水平放置的调平装置，照明装置，显微镜，电源，计时器（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。
MOD －5 型密立根油滴仪的基本外形和具体结构如图0所示。
图0【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，也可以通过改变油滴的带电量用静态法或动态法测量油滴带电量的改变量。
测量方法分述如下。
1． 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 ，所带的电量为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 ，可使两力达到平衡，这时：图1dVqqE mg == （1） 为了测出油滴所带的电量q ，除了需测定平衡电压V 和极板间距离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g ν后，阻力r f 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：mg v a f g r ==ηπ6 （2）设油滴密度为ρ，油滴质量m 为：ρπ334a m = （3）则油滴半径为： gv a g ρη29=（4）实验中我们让油滴匀速下降距离l ，测得所需时间为t g ，考虑到空气粘滞系数对半径较小的油滴的修正后，可得油滴的质量为：ρρηπ2/3112934⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+=pa b g v m g （5）其中修正常数b =6.17×10-6m /cmHg ，p 为大气压强，单位为cmHg ，而v g 则为gg t lv =（6） 则：V d pa b t l g q g 231218⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=ηρπ （7） 上式是用平衡测量法测定油滴所带电量的理论公式。
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（likan）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910-m，质量约为1510-kg），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VqE qd=?。
通过调节加在两极板之间的电压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dVqqE mg == (33-1) 其中，m 为油滴的质量（约1510-kg ），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06r g f a p hu =，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 06r g f a mg p hu == (33-2) 其中，h 是空气的粘滞系数，0a 为油滴的半径，约610-m （油滴由于表面张力，总是呈小球状），g υ为油滴匀速下降时的运动速度。
电子电荷测定实验报告电子电荷测定实验报告引言：电子电荷测定是物理学中的一项重要实验，通过测量电子的电荷量，可以深入了解电子的性质和行为规律。
本实验旨在通过观察电子在电场中的运动轨迹，利用电场力与电子的质量和电荷量之间的关系，计算出电子的电荷量。
实验原理：电子电荷测定实验基于电场力与电子的质量和电荷量之间的关系。
根据库仑定律，两个电荷之间的作用力与它们之间的距离成反比。
当一个电子在电场中运动时，受到电场力的作用，其运动轨迹会发生偏转。
根据电场力的大小和方向，可以推断出电子的电荷量。
实验步骤：1. 准备实验装置：将一个平行板电容器放置在水平台上，其中一块平行板连接到正电极，另一块连接到负电极。
在电容器中间放置一个电子束发射装置，用于发射电子束。
2. 调整电场强度：通过调节电容器的电压，使得电场强度达到所需的数值。
记录下电场强度的数值。
3. 发射电子束：打开电子束发射装置，发射一束电子。
4. 观察电子轨迹：使用显微镜观察电子在电场中的运动轨迹，并记录下来。
5. 测量电子轨迹半径：使用尺子或显微镜测量电子轨迹的半径，并记录下来。
6. 计算电子电荷量：根据电场力与电子质量和电荷量之间的关系公式，计算出电子的电荷量。
实验结果与讨论：根据实验数据，我们可以得到电子轨迹半径与电场强度之间的关系。
通过绘制电子轨迹半径与电场强度的曲线，可以求得电子的电荷量。
在实验中，我们发现电子轨迹半径随电场强度的增加而增加。
这与我们的预期一致，因为电场力与电子电荷量成正比，电子轨迹半径的增加意味着电子的电荷量增加。
通过计算，我们得到了电子的电荷量为1.6×10^-19 库仑。
这个结果与已知的电子电荷量非常接近，验证了我们的实验方法的准确性。
结论：通过电子电荷测定实验，我们成功地测量了电子的电荷量，并得到了与已知数值相符的结果。
这个实验不仅帮助我们更深入地了解了电子的性质，还验证了电场力与电子质量和电荷量之间的关系。
电子电荷测定实验在物理学研究和应用中具有重要意义，对于电子学、电磁学等领域的发展起到了积极的推动作用。
