密立根油滴实验(大学近代物理实验)课件

实验17密立根油滴实验电在技术上的广泛应用以及物质的电结构理论的发展,促使人们对电的本质进行更深入的研究。

美国物理学家密立根(likan)设计并完成的密立根油滴实验,在近代物理学史上有着十分重要的作用,其结论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,即e=(1. 602±0.002)×10-19C。

本实验采用一种比较简单的方法来测定电子的电荷量。

由于实验时喷出的油滴非常微小,它的半径约10-6m,质量约10-15kg,这就需要学生严格、认真地进行实验操作,以保证得到比较好的实验结果。

(一)实验要求(1)学会操作密立根油滴仪,学习一种用油滴精确测量电子电荷的基本实验方法。

(2)了解证明电荷量子化的实验数据分析方法。

(二)实验目的用密立根油滴仪测定电子电荷,验证电荷的不连续性。

(三)实验仪器与用具MOD-5型密立根油滴仪,CCD显示系统,喷雾器,钟油,调焦针。

MOD-5型密立根油滴仪结构简介:(1)油滴盒是MOD-5型密立根油滴仪很重要的部件,对机械加工要求很高,其结构如图4-17-1所示。

油滴盒的防风罩前装有测量显微镜,通过胶木圆环上的观察孔可观察平行极板间的油滴。

目镜头中装有分划板,其总刻度相当于线视场中的0.300cm,用以测量油滴运动的距离l。

分划板的刻度如图4-17-2所示,分划板中间的横向刻度尺是用来测量布朗运动的。

(2)仪器面板结构如图4-17-3所示。

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、测量三挡。

a.当处于中间位置即“平衡”挡时,可用平衡电压调节旋钮K3来调节平衡电压,使被测量油滴处于平衡状态。

b.打向“升降”挡时,上、下电极在平衡电压的基础上自动增加DC200~300V的提升电压。

1—油雾室;2—油雾孔开关;3—防风罩; 4—上电极板;5—胶木圆环;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; 12—上电极板电源插孔;13—油滴盒基座。

近代物理实验讲义南阳师范学院物理与电子工程学院物理教研组编写目录实验一 密立根油滴实验 (2)实验二 夫兰克—赫兹实验 (10)实验三 塞曼效应 (15)实验四 普朗克常数的测定 (24)实验五 核磁共振 (31)实验六 验证快速电子的动量与动能的相对论关系………………………………37 实验七 单能电子物质阻止本领⎪⎭⎫ ⎝⎛dx dE ρ1和半吸收厚度的测定.....................46 实验八 γ射线的吸收与物质吸收系数μ的测定.......................................50 实验九 电子自旋共振实验 (53)实验一密立根油滴实验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。

实验目的验证电荷的不连续性，测定电子的电荷值e。

实验原理用油滴法测量电子的电荷有两种方法，即平衡测量法和动态测量法，分述如下：图1：油滴在两平行极板之间静止1. 平衡测量法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。

油滴在喷射时由于摩擦，一般都是带电的。

设油滴的质量为m，所带电量为q，两极板之间的电压为V，则油滴在平行极板之间同时受两个力的作用，一个是重力mg，另一个是静电力。

如果调节两极板之间的电压V，可使两力相互抵消而达到平衡，如图1所示。

这时有dv q mg （1） 为了测出油滴所带的电量q ，除了需测定V 和d 外，还需测量油滴的质量m 。

因m 很小，需要用如下特殊的方法测定。

平行极板未加电压时，油滴受重力作用而下降，但是由于空气的粘滞阻力与油滴的速度成正比，油滴下落一小段距离达到某一速度后，阻力与重力平衡（空气浮力忽略不计），油滴将匀速下降。