密立根油滴实验

5.2 密立根油滴实验 美国物理学家密立根(R． A． Millikan) 在 1909 年到1917 年通过实验测量微小带电油滴在静电场和重力场中的受力平衡情况及在空气中的运动情况，巧妙地求出了微小带电油滴所带的电量，并且通过相应的数据处理，得出了电荷量子化的结论。密立根油滴实验的设计简明巧妙，方法简单，而结论却具有不容置疑的说服力，1923 年荣获诺贝尔物理学奖。因此现在我们重演这个实验仍具有一定的启发性。 5 .2 .1 实验目的 （ 1 通过实验，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。 （ 2 验证电荷的量子化并测定基本电荷电量。 （ 3 通过对实验仪器的调整，油滴的选择、跟踪、测量以及实验数据处理等，培养学生严谨的科学实验态度。 5.2.2 实验原理 利用密立根油滴仪测定电子电量，关键在于测出油滴的带电量，测定油滴的带电量通常有两种方法：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，故这里主要介绍静态（平衡）测量法。 5 .2 .2 .1 静态（平衡）测量法 用喷雾器将油滴喷入电容器两块相距为d 的水平放置平行电极板之间，油滴经喷射后，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U，则油滴在平行极板间将同时受到重力mg 静电力qE 和空气浮力fF 的作用。如图5-4 所示。如果调节两极板间的电压U，可使两力达到二力平衡，这时 ffUmgqEFqFd （ 5-3） 从上式可见，为了测出油滴所带的电量q， 除了需测定U 和 d 外，还需要测量油滴质量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，除受空气浮力作用外，还受空气粘图 5-4 电场中油滴受力情况 滞阻力的作用，粘滞力可由斯托克斯定律给出： 6rgfav 下降一段距离达到某一速度 gv 后，空气粘滞阻力rf 、 空气浮力fF 与重力mg 平衡，油滴将匀速下降。油滴匀速下降时 6rgffa vmgF  （ 5-4） 式中，η 是空气的粘滞系数，a 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0 ，空气的密度为' ，油滴的质量m 、空气浮力fF 可用下式表示 3043ma （ 5-5） 343fFag （ 5-6） 由式（5-4）、（ 5-5）、（ 5-6）得油滴半径 92gvag （ 5-7） 式中，0'，对于半径小到10-6 米的油滴小球，与空气分子的间隙相当...