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密立根油滴实验报告
密立根油滴实验报告
密立根油滴实验报告
近代物理实验报告
密立根油滴实验
学 院 数理与信息工程学院
班 级 物理
姓 名
学 号
时 间 2013 年12月9日
密立根油滴实验
【摘要】
本实验我们根据密立根油滴实验原理，引进了 CCD摄像技术，从监视器上
观察油滴运动，测定了油滴带电量 q ，并运用差值法处理了相应数据，得出了元
电荷 e 的值，验证了电荷的量子性， 同时也了解了密立根巧妙的设计思想， 进一
步提高了实验技能。
【关键词】油滴；平衡态；非平衡态；电荷大小
【引言】
1917 年密立根设计并完成了密立根油滴实验，其重要意义在于它直接地显
示出了电量的量子化，并最早测定了电量的最小单位——基本电荷电量 e，即电
子所带电量。这一成就大大促进了人们对电和物质结构的研究和认识。 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创造性的。 由于上述工作， 密立根获
得了 1923 年度诺贝尔物理学奖。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，
科学界用类似的方法测定出基本粒子——夸克的电量。
【实验方案】
一、实验原理
1、静态（平衡）测量法
用喷雾器将油滴喷入两块相距为 d 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 ，
如图 1 所示。
图 1
如果调节两极板间的电压 V ，可使两力达到平衡，这时：
mg qE qV
(1)
d
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 后，阻力 f r 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。此时有：
fr 6 a vg mg
(2)
其中 是空气的粘滞系数，是 a 油滴的半径。经过变换及修正，可得斯托克斯定律：
6 a
vg
(3)
f r
b
1
pa
其中 b 是修正常数， b= × 10-6m·cmHg,p为大气压强，单位为厘米汞高。
图 2
至于油滴匀速下降的速度 vg ，可用下法测出：当两极板间的电压 V 为零时 ,
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设油滴匀速下降的距离为 l ，时间为 t ，则
l
vg (4)
tg
最后得到理论公式：