1
4.8
密立根油滴实验——电子电荷的测量
实验简?/p>
密立?/p>
(Robert Andrews Millikan
?/p>
1868
?/p>
1953
,美国物理学?/p>
)
?/p>
1907
年开始,?/p>
?/p>
7
年时间,用油滴法直接证实了“电”的不连续性,并用实验的方法直接测量了电子的电
荷量,这就是著名的密立根油滴实验,它是近代物理学发展史中具有重要意义的实验。因
对基本电荷和光电效应的工作,密立根荣?/p>
1932
年度诺贝尔物理学奖?/p>
实验目的
1
?/p>
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
e
?/p>
2
.了解、掌握密立根油滴实验的设计思想、实验方法和实验技巧?/p>
实验原理
用油滴法测量电子的电荷,需要测量油滴的带电?/p>
q
,可以用静态(平衡)测量法?/p>
动态(非平衡)测量法测
q
,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。测量方法分析如下:
一.静态(平衡)测量法?/p>
用喷雾器将油喷入两块相距?/p>
d
的水平放置的平行?
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?/p>
q
,两块极板间的电压为
U
,则
油滴在平行极板间将同时受到重?/p>
mg
和静电力
qE
的作用?
如图?/p>
4.8-2
)所示。如果调节两极板间的电压
U
,可使这?/p>
个力达到平衡,这?/p>
U
mg
qE
q
d
?/p>
?/p>
?/p>
4.8-1
?/p>
从式?/p>
4.8-1
)可见,为了测出油滴所带电?/p>
q
,除了需测定平衡电压
U
和极板间距离
d
外,
还需要测量油滴的质量
m
?/p>
因为
m
很小?/p>
需要用如下特殊方法测定?/p>
平行极板不加电压时,
油滴受重力作用而加速下降,
由于空气粘滞阻力的作用,
下降一定距离达?/p>
某一速度
v
g
后,
阻力与重?/p>
mg
平衡?/p>
如图
4.8-3
所?/p>
(空气浮力忽略不计)
?/p>
油滴将匀速下?/p>
。根据斯托克斯定律,油滴匀速下降时
6
g
f
a
v
mg
?/p>
?/p>
?/p>
?/p>
(4.8-2)
式中?/p>
?/p>
是空气的粘滞系数?/p>
a
是油滴的半径(由于表面张力的原因,油?
q
E
m
g
d
V
?/p>
4.8-2
f
r
m
g
v
g