电子电荷的测量(密立根油滴实验).pdfVIP

电子电荷的测量(密立根油滴实验)--第1页

实验５７电子电荷的测量（密立根油

滴实验）

由美国物理学家密立根（Ｍｉｌｌｉｋａｎ，Ｒ．Ａ．）完成的测量微小油

滴上所带电荷的实验——油滴实验，是物理学发展史上具有重要意义的实验。这

一实验首次证明了电荷的不连续性，即任何带电体所带的电量都是基本电荷的整

数倍，并精确测定了基本电荷ｅ＝1.60×10-19库仑。电子电荷是物理学中基本常

数之一，在理论和实际工作中都有重要意义，它的精确测定，为从实验上测定许

多基本物理量提供了可能性。

密立根油滴实验设计精巧，设备简单，而实验结论却有不容置疑的说服力，

因此这一实验历来被看做是物理实验的一个光辉典范。密立根由于这一杰出工作

和在光电效应方面的研究成果而荣获１９２３年诺贝尔物理奖。

电子电荷的测量(密立根油滴实验)--第1页

电子电荷的测量(密立根油滴实验)--第2页

【预习重点】

（１）用油滴法测量电子电荷的原理。

（２）密立根油滴仪的结构原理和调节使用方法。

【仪器】

密立根油滴仪（包括油滴盒、照明装置、显微镜、电源及油喷雾器）、电子

停表。

ＭＯＤ—４型油滴仪简介如下。

ＭＯＤ—４型油滴仪结构如图５７—１所示。油滴盒由两块经过精磨的平行

极板、中间垫以胶木圆环组成，两平行极板的间距为ｄ。胶木圆环上有进光孔（插

导光棒）、观察孔（正对显微镜）和石英玻璃窗（旁边装有笔形汞灯）。上电极

板中央有一个直径为０.４ｍｍ的小孔，油滴从油雾室经此孔下落，进入油滴盒。

油滴盒可用调平螺丝调节水平并用水准器校验。

电子电荷的测量(密立根油滴实验)--第2页

电子电荷的测量(密立根油滴实验)--第3页

图５７—１油滴实验仪

照明装置包括照明灯室和导光棒。灯室中装一２.２Ｖ聚光小灯泡，通过调

节小灯泡方向，可使油滴更为清晰明亮。

显微镜通过胶木圆环上的观察孔观察平行极板间的油滴。显微镜目镜中装有

分划板，其垂直方向的总刻度相当于视物中的３.００ｍｍ，用以测量油滴运动

的距离ｌ。

电源共提供４种电压：２.２Ｖ照明小灯泡电压，５００Ｖ直流平衡电压，

２５０Ｖ直流升降电压和笔形汞灯工作电压。５００Ｖ直流平衡电压可连续调

节，读数从电压表上读出，并由反向开关换向以改变上下电极板的极性。开关置

“＋”位置时，能使带正电的油滴与重力平衡，置“－”位置时，能平衡带负电

的油滴，反向开关置“０”位置时，上下电极短路，极板间电场为零。２５０Ｖ

直流升降电压也可连续调节，它可以通过升降电压反向开关叠加在平衡电压上，

以控制油滴在电场中的上升或下降运动。

笔形汞灯辐射的２５３.７ｎｍ的紫外线可通过石英玻璃窗进入油滴盒。实

验时按动汞灯开关，约５ｓ后经紫外线照射的油滴就可改变带电量。改变量的大

小由紫外线强弱和照射时间决定，一般可改变１～５个电子电量。

计时器是一只液晶显示的电子停表，精度为０.０１ｓ。

【原理】

１）静态（平衡）测量法

如果给平行极板加一直流电压Ｕ（平衡电压），两极板间就形成了一个均匀

电场，电场强度Ｅ＝Ｕ／ｄ，ｄ是极板间距。

电子电荷的测量(密立根油滴实验)--第3页

电子电荷的测量(密立根油滴实验)--第4页

图５７—２油滴受力情况

油滴在喷入油滴盒时由于摩擦会带有一定量的电荷ｑ，落入两极板间的油滴

除了受重力作用外，还要受到电场力ｑＥ的作用。调节平衡电压Ｕ的大小和方向，