实验名称：密立根油滴实验

1. 实验目的：

学习控制油滴在视场中的运动，并选择合适的油滴测量元电荷，要求测得6个不同的油滴8次以上。

2. 实验器材：

密立根油滴仪
显示器
油滴管
实验总体装置

3. 实验原理

根据油滴在电场中作直线运动或静止两种运动方式分类，油滴法测电子电荷分为动态测量法和平衡测量法。

动态测量法：
考虑重力场中一个足够小油滴的运动，设此油滴半径为r，质量为m1，空气是粘滞流体，故此运动油滴除重力和浮力外还受粘滞阻力的作用。由斯托克斯定律，粘滞阻力与物体运动速度成正比。设油滴以匀速vf下落，则有

由（3）式可以看出来，要测量油滴上的电荷q，需要分别测出m1，m2，E，vr，vf等物理量。
由喷雾器喷出的小油滴半径r是微米量级，直接测量其质量m1也是困难的，为此希望消去m1,而带之以容易测量的量。设油与空气的密度分别为r1,r2，于是半径为r的油滴的视重为:
平衡测量法：
平衡测量法的出发点是，使油滴在均匀电场中静止在某一位置，或在重力场中作匀速运动。
当油滴在电场中平衡时，油滴在两极板间受到的电场力qE，重力m1g和浮力m2g达到平衡，从而静止在某一位置，即
元电荷的测量方法：
测量油滴上带的电荷的目的是找出电荷的最小单位e。为此可以对不同的油滴，分别测出其所带的电荷值qi，它们应近似为某一最小单位的整数倍，即油滴电荷量的最大公约数，或油滴带电量之差的最大公约数，即为元电荷。
实验中采用紫外线，X射线或放射源等改变同一油滴所带的电荷，测量油滴上所带电荷的改变值Dqi，而Dqi值应是元电荷的整数倍。

也可以用作图法求e的值，根据（14）式，e为直线方程的斜率，通过拟合直线，即可求得e值。

4. 实验内容与步骤

选择适当的油滴并测量油滴上所带电荷
要做好油滴实验，所选的油滴体积要适中，大的油滴虽然比较亮，但下降速度快，不容易测准确；太小则受布朗运动的影响明显，测量结果涨落很大，也不容易测准确。因此应该选择质量适中，而带电不多的油滴。
调整油滴实验装置
油滴实验装置是油滴盒，油滴照明装置，调平系统，测量显微镜，供电电源以及电子停表，喷雾器等组成的，其实验装置如下图所示。其中油滴盒是由两块经过精磨的金属平板，中间垫以胶木圆环，构成的平行板电容器。在上板中心处有落油孔，使微小油滴可以进入电容器中间的电场空间，胶木圆环上有进光孔，观察孔。进入电场空间内的油滴由照明装置照明，油滴盒可通过调平螺旋调整水平，用水准仪检查。油滴盒防风罩前装有测量显微镜，用来观察油滴。在目镜头中装有分划板，如下图所示。（请思考，电容器两极板不水平对测量有何影响？）

电容器极板上所加电压由直流平衡电压和直流升降电压两部分组成。其中平衡电压大小连续可调，并可从显示屏上直接读数，其极性由换向开关控制，以满足对不同极性电压的需要。升降电压的大小可连续调节，并可通过换向开关叠加在平衡电压上，以控制油滴在电容器内上下的位置。
油滴实验是一个操作技巧要求较高的实验，为了得到满意的实验结果，必须仔细认真调整油滴仪。
(1) 首先要调节调平螺丝，将平行电极板调到水平，使平衡电场方向与重力方向平行以免引起实验误差。
(2) 调节显微镜焦点，使油滴清晰显示在显示屏上。
(3) 喷雾器是用来快速向油滴仪内喷油雾的，在喷射过程中，由于摩擦作用可使油滴带电。
当油雾从喷雾口喷入油滴室内后，视场中将出现大量清晰的油滴，有如夜空繁星。试加上平衡电压，改变其大小和极性，驱散不需要的油滴，练习控制其中一颗油滴的运动，并记录油滴经过两条横丝间距所用的时间。
3.正式测量
(1) 取平衡电压约200V、匀速下降时间约20s—35s的油滴，测量油滴匀速运动2mm所用的时间。如果油滴过大，下降速度会过快，油滴过小，则布朗运动明显。
数据处理时所需要的参数值如下：

以上各式中的有关参考数据为：

(2)计算每个油滴的带电量，然后计算电子电荷。这里我们采用倒过来验证的方法，即用公认的电子电量值去除每个油滴的电量，取一个最接近的整数，再用这个整数除油滴的电量，从而得到电子电荷的测量值。
(3)将电子电荷的测量值与理论值进行比较，计算相对百分误差。
为了提高测量结果的精确度，每个油滴上下往返次数不宜少于8次，要求测得6个不同的油滴。
4.读取实验给定的其他有用常数
计算电荷的基本单位（数据处理方法不限），并选取一个油滴计算所带电荷的标准偏差Dq/q。

5. 实验记录

6. 数据处理及误差分析

填写如下表格：
油滴的带电量（E-19 C）10.0
基本电荷的带电量（E-19 C）1.60218
基本电荷相对误差结果（%）0.00

动态法测基本电荷常量
则有

由表可得：
油滴的带电量（E-19 C）10.0
基本电荷的带电量（E-19 C）1.60218
基本电荷相对误差结果（%）0.00

3.选取一个油滴计算所带电荷的标准偏差q/q。
取动态法的油滴，由以下计算式：

7. 思考题及实验小结

1.怎样区别油滴上电荷的改变和测量时间的误差？
答:如果是油滴上电荷发生改变，油滴的平衡电压会发生较大的改变而测量时间变化较小;如果是测量时间的误差可以区分二者。
2. 电容器两极板不水平对测量有何影响？
答：若油滴室内两容器极板不平行，则电场方向不是铅直的，原来的受力分析不能用。

通过本次实验，我学会了控制油滴在视场中的运动，并选择合适的油滴测量元电荷以及计算基本电荷的带电量。

本实验数据量大，需要excel模板可dd！！！

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