《大学物理实验》课程教学资源（教材讲义）密立根油滴实验

大学物理实验:182:强烈，应将功率向小方向调节，使在示波器上看到的T/2内的光拍的个数为15个左右.记录此时音叉的振动频率，并根据公式（4-10-10）计算波形的个数固定“功率”旋钮位置，在音叉谐振点附近小心调节频率，记录下音叉的振动频率和计算对应的信号的幅度大小.频率的间隔选0.1Hz取8个点，分别记下对应的拍频波的个数，并由此算出各自的振幅，4.测出外力驱动音叉时的谐振曲线保持输出功率、频率不变，逐一将3个质量为0.033g的被测棒依次插入3个孔中，研究谐振曲线的变化趋势.音叉中的插孔的间隔是1mm、第一个孔到音叉顶端的距离为3mm。5.保持信号频率不变，把输出功率依次调在5mA，10mA，15mA，研究谐振曲线的变化趋势.6.拨去音叉组件，插上耳机即成为“激光多普勒演示仪”调节频率，在耳机中可以听到双光栅的多普勒频移产生的拍频波，甚至还可能听到类似动物的叫声。【数据处理】1.求出音叉谐振时光拍信号的平均频率2.求出音叉在谐振点时作微弱振动的位移振幅3.在坐标纸上画出音叉的频率一振幅曲线4.作出音叉不同有效质量时的谐波曲线，定性讨论其变化的趋势【讨论思考题】1.如何判断动光栅和静光栅的栅线已平行2.作外力驱动音叉谐振曲线时，为什么要固定驱动信号的功率？3.测量微振动位移的灵敏度是多少？【拓展阅读】[1]陈水波，乐雄军.2001.测量杨氏模量的智能光电系统.物理实验，21（11）：34一35[2] 陈水波.2008.双光栅测速.大学物理，27（1）：39一42[3] 陈水波.2007利用双光栅的多普勒频移测速度.物理实验，27（7）：6一9[4] 陈长鹏，汪礼胜.2010.测量动光栅瞬时速度的有效方法.物理实验，30（7)：1一4.密立根油滴实验4.11【引言】密立根油滴实验在近代物理学发展史上是一个十分重要的实验，它证明了电荷的不连续性，并精确地测得了基本电荷的电量，密立根油滴实验设计巧妙、方法简便、结果准确，是一个著名的有启发性的实验。【实验目的】1.理解密立根油滴实验测量基本电荷的原理和方法。2.验证电荷的不连续性，并测量基本电荷的电量，【实验原理】一质量为m、带电量为q的油滴处于相距为d的二平行极板间，当平行极板未加电压时，在

强烈,应将功率向小方向调节,使在示波器上看到的T/2内的光拍的个数为15个左右.记录此 时音叉的振动频率,并根据公式(4灢10灢10)计算波形的个数. 固定“功率暠旋钮位置,在音叉谐振点附近小心调节频率,记录下音叉的振动频率和计算 对应的信号的幅度大小.频率的间隔选0灡1Hz取8个点,分别记下对应的拍频波的个数,并由 此算出各自的振幅. 4.测出外力驱动音叉时的谐振曲线 保持输出功率、频率不变,逐一将3个质量为0灡033g的被测棒依次插入3个孔中,研究谐 振曲线的变化趋势.音叉中的插孔的间隔是1 mm、第一个孔到音叉顶端的距离为3 mm. 5.保持信号频率不变,把输出功率依次调在5mA,10mA,15mA,. 研究谐振曲线的变 化趋势. 6.拨去音叉组件,插上耳机即成为“激光多普勒演示仪暠.调节频率,在耳机中可以听到双 光栅的多普勒频移产生的拍频波,甚至还可能听到类似动物的叫声. 暰数据处理暱 1.求出音叉谐振时光拍信号的平均频率. 2.求出音叉在谐振点时作微弱振动的位移振幅. 3.在坐标纸上画出音叉的频率 - 振幅曲线. 4.作出音叉不同有效质量时的谐波曲线,定性讨论其变化的趋势. 暰讨论思考题暱 1.如何判断动光栅和静光栅的栅线已平行. 2.作外力驱动音叉谐振曲线时,为什么要固定驱动信号的功率? 3.测量微振动位移的灵敏度是多少? 暰拓展阅读暱 [1] 陈水波,乐雄军.2001.测量杨氏模量的智能光电系统.物理实验,21(11):34—35. [2] 陈水波.2008.双光栅测速.大学物理,27(1):39—42. [3] 陈水波.2007利用双光栅的多普勒频移测速度.物理实验,27(7):6—9. [4] 陈长鹏,汪礼胜.2010.测量动光栅瞬时速度的有效方法.物理实验,30(7):1—4. 4灡11 密立根油滴实验 暰引言暱 密立根油滴实验在近代物理学发展史上是一个十分重要的实验,它证明了电荷的不连续 性,并精确地测得了基本电荷的电量.密立根油滴实验设计巧妙、方法简便、结果准确,是一个 著名的有启发性的实验. 暰实验目的暱 1.理解密立根油滴实验测量基本电荷的原理和方法. 2.验证电荷的不连续性,并测量基本电荷的电量. 暰实验原理暱 一质量为m、带电量为q的油滴处于相距为d的二平行极板间,当平行极板未加电压时,在 ·182· 大学物理实验

第4章近代与综合性实验·183.tf.忽略空气浮力的情况下，油滴将受重力作用加速下降，由于空气黏滞阻力与油滴运动速度成正比，油滴将受到黏滞阻力作用.因空气的悬浮和表面张力作用，油滴总是呈小球状.根据斯托克斯定理，黏滞阻力可qo7表示为f,=6元amv,式中，a为油滴半径：n为空气的黏滞系数.mg当黏滞阻力与重力平衡时，油滴将以极限速度匀速下降，如图4-11-1油滴受力图图4-11-1所示.于是有6元ama=mg.(4-11-1)油滴喷入油雾室，因与喷嘴摩擦，一般会带有n个基本电荷，则其带电量g=ne（n=1,2，3，...），当在平行极板上加上电压U时，带电油滴处在静电场中，受到静电场力E.当静电场力与重力方向相反且使油滴加速上升时，油滴将受到向下的黏滞阻力.随着上升速度的增加，黏滞阻力也增加.一旦且黏滞阻力、重力与静电力平衡，油滴将以极限速度V匀速上升，如图4-11-2所示.因此有U(4-11-2)mg +6rau=qE=9%由（4-11-1）及（4-11-2）式可得d(va+vqE(4-11-3)q=mgusotvU?mg设油滴密度为p，其质量为43pras,m(4-11-4)图4-11-2极板间油滴受力图由（4-11-1）、（4-11-4）式，得油滴半径(9m0a) (4-11-5)2pg考虑到油滴非常小，空气已经不能看作是连续媒质，所以其黏滞系数应修正为mn=(4-11-6)1+6/（pa）式中，a因处于修正项中，不需要十分精确，按（4-11-5）式计算即可.b为修正常数，p为空气压强，实验中使油滴上升和下降的距离均为1，分别测出油滴勾速上升时间t和下降时间t，则有11(4-11-7)UUdtutd将（4-11-4）～（4-11-7）式代人（4-11-3）式，可得7号nl18元(+)()*601+UltJ2pgpa7量之18元d令K=得b+2pgpa9-(+)()*(4-11-8)

图4灢11灢1 油滴受力图 忽略空气浮力的情况下,油滴将受重力作用加速下降,由于空气黏滞阻 力与油滴运动速度v成正比,油滴将受到黏滞阻力作用.因空气的悬浮 和表面张力作用,油滴总是呈小球状.根据斯托克斯定理,黏滞阻力可 表示为 fr =6毿a毲v, 式中,a为油滴半径;毲为空气的黏滞系数. 当黏滞阻力与重力平衡时,油滴将以极限速度vd 匀速下降,如 图4灢11灢1所示.于是有 6毿a毲vd =mg. (4灢11灢1) 油滴喷入油雾室,因与喷嘴摩擦,一般会带有n个基本电荷,则其带电量q=ne(n=1,2,3, .),当在平行极板上加上电压U 时,带电油滴处在静电场中,受到静电场力qE.当静电场力与 重力方向相反且使油滴加速上升时,油滴将受到向下的黏滞阻力.随着上升速度的增加,黏滞 阻力也增加.一旦黏滞阻力、重力与静电力平衡,油滴将以极限速度vu 匀速上升,如图4灢11灢2 所示.因此有 mg+6毿a毲vu =qE =q U d (4灢11灢2) 图4灢11灢2 极板间油滴受力图 由(4灢11灢1)及(4灢11灢2)式可得 q=mg d U vd +vu v æ è ç ö ø ÷ d . (4灢11灢3) 设油滴密度为氀,其质量为 m= 4 3氀毿a3, (4灢11灢4) 由(4灢11灢1)、(4灢11灢4)式,得油滴半径 a= 9毲vd 2氀 æ è ç ö ø ÷ g 1 2 . (4灢11灢5) 考虑到油滴非常小,空气已经不能看作是连续媒质,所以其黏滞系数应修正为 毲曚= 毲 1+b/(pa) , (4灢11灢6) 式中,a因处于修正项中,不需要十分精确,按(4灢11灢5)式计算即可.b为修正常数,p为空气压 强.实验中使油滴上升和下降的距离均为l,分别测出油滴匀速上升时间tu 和下降时间td,则有 vu = l tu , vd = l td (4灢11灢7) 将(4灢11灢4)~ (4灢11灢7)式代入(4灢11灢3)式,可得 q= 18毿 2氀g 毲l 1+ b p é ë ê ê ê ù û ú ú aú 3 2 ·d U 1 tu + 1 t æ è ç ö ø ÷ d 1 t æ è ç ö ø ÷ d 1 2 . 令 K = 18毿d 2氀g 毲l 1+ b p é ë ê ê ê ù û ú ú aú 3 2 得 q= K U 1 tu + 1 t æ è ç ö ø ÷ d 1 t æ è ç ö ø ÷ d 1 2 . (4灢11灢8) 第4章 近代与综合性实验 ·183·

大学物理实验.184:（4-11-8）式是动态法测量油滴电荷的公式下面我们来推导静态法测量油滴电荷的公式，当调节平行板间电压使油滴不动时，.=0，即t→80.由（4-11-8）式可得CK71=(4-11-9)ta(1+b-UltU120h（4-11-9）式便是静态法测量油滴电荷的实验公式.为了求得电子电荷，需测几个油滴的带电量q，求其最大公约数，该最大公约数就是电子电荷e的值值得说明的是，由于空气黏滞阻力的存在，油滴先经一段变速运动后再进入匀速运动.但变速运动的时间非常短（小于0.01s），与仪器计时器精度相当，所以实验中可认为油滴自静止开始运动就是勾速运动.运动的油滴突然加上原平衡电压时，将立即静止下来，表4-11-1公式中有关参数的推荐值d/mb/(m·Pa)1/m(6格）g/(m/s)p/Pa/(kg/(m.s)5.00×10-38.21×10-31.50 X 10-39.7941.0131.83 × 105(6.00X10-3）表 4-11-2上海产中华牌701型钟表油密度随温度变化值010203040温度t/℃991971密度p/(kg/m）986981976【实验仪器】FBHZ-I型密立根油滴实验仪，该试验仪主要由油滴盒、CCD电视显微镜、电路箱和22cm监视器等组成8910111一油雾室：2—油雾孔开关；123—防风罩：4一上电极；135一油滴盒：6一下极板；7—座架：8—上盖板；49一喷雾口：10—油雾孔11一上电极压黄簧：12一落油孔；13一摄像孔：14—油滴盒基座图4-11-3油滴盒结构图油滴盒结构如图4-11-3所示，喷雾器的喷嘴伸入喷雾口9，喷出的油雾分布在油雾室1中，有少部分油滴从下部油雾孔10垂直下落，并经过上电极4中心小孔进人油滴盒5，CCD电视显微镜从摄像孔13将其摄下，并输入显示器，供观察测量，电路箱面板结构如图4-11-4所示.1.视频输出：将CCD成像系统的信号输出至显示器2.电源开关：拨动开关，电源接通.指示灯亮，整机开始工作3.水平仪：调节仪器底部3只调平螺丝，使水泡处于中间，此时平行极板处于水平

(4灢11灢8)式是动态法测量油滴电荷的公式. 下面我们来推导静态法测量油滴电荷的公式.当调节平行板间电压使油滴不动时,vu =0, 即tu 曻 曓.由(4灢11灢8)式可得 q= K U 1 t æ è ç ö ø ÷ d 3 2 = 18毿 2氀g 毲l td(1+ b pa é ë ê ê ê ù û ú ú )ú 3 2 d U (4灢11灢9) (4灢11灢9)式便是静态法测量油滴电荷的实验公式.为了求得电子电荷,需测几个油滴的 带电量q,求其最大公约数,该最大公约数就是电子电荷e的值. 值得说明的是,由于空气黏滞阻力的存在,油滴先经一段变速运动后再进入匀速运动.但 变速运动的时间非常短(小于0灡01s),与仪器计时器精度相当,所以实验中可认为油滴自静止 开始运动就是匀速运动.运动的油滴突然加上原平衡电压时,将立即静止下来. 表4灢11灢1 公式中有关参数的推荐值 b/(m·Pa) d/m l/m(6格) g/(m/s2) p/Pa 毲/(kg/(m·s)) 8灡21暳10-3 5灡00暳10-3 (6灡00暳10-3) 1灡50暳10-3 9灡794 1灡013 1灡83暳10-5 表4灢11灢2 上海产中华牌701型钟表油密度随温度变化值 温度t/曟 0 10 20 30 40 密度氀/(kg/m) 991 986 981 976 971 暰实验仪器暱 FBHZ I型密立根油滴实验仪,该试验仪主要由油滴盒、CCD 电视显微镜、电路箱和 22cm 监视器等组成. 图4灢11灢3 油滴盒结构图 1— 油雾室;2— 油雾孔开关; 3— 防风罩;4— 上电极; 5— 油滴盒;6— 下极板; 7— 座架;8— 上盖板; 9— 喷雾口;10— 油雾孔; 11— 上电极压簧;12— 落油孔; 13— 摄像孔;14— 油滴盒基座 油滴盒结构如图4灢11灢3所示,喷雾器的喷嘴伸入喷雾口9,喷出的油雾分布在油雾室1 中,有少部分油滴从下部油雾孔10垂直下落,并经过上电极4中心小孔进入油滴盒5,CCD 电 视显微镜从摄像孔13将其摄下,并输入显示器,供观察测量. 电路箱面板结构如图4灢11灢4所示. 1灡 视频输出:将 CCD成像系统的信号输出至显示器. 2灡 电源开关:拨动开关,电源接通,指示灯亮,整机开始工作. 3灡 水平仪:调节仪器底部3只调平螺丝,使水泡处于中间,此时平行极板处于水平. ·184· 大学物理实验

第4章近代与综合性实验:185.4.平衡电压调节：可调节“平衡”档时极板间所加平衡电压.调节范围为DC0.～500V.5.升降电压调节：可调节“升降”档时极板间的升降电压大小，控制油滴升降速率.调节范围大于已定“平衡电压”值0～300V.6.提升：按下按钮，极板间为提升电压值，被测油滴上升7.平衡：按下按钮，极板间为平衡电压值，被测油滴停止，8.测量：按下按钮，极板间电压为0V，被测油滴开始下落，清零：按下按钮，清出内存，时间显示“00.00”秒。9.10.计时：按下按钮，测量按钮联动，极板间电压为0V，被测油滴开始下落并计时，直至按下平衡按钮，油滴停止，计时也停止。11.CCD成像显微镜：由CCD摄像镜头和显微镜组成，微调显微镜的聚焦手轮可以在监视器屏幕上得到清晰的油滴像。监视器是一个22cm的电视显示器，屏幕下方有一个小盒，轻轻压一下盒盖就会露出4个调节旋钮，从左至右分别是行频、顿频、亮度、对比度调节.屏幕上可以显示分划板刻度线，它们是由测量显示电路产生，并与CCD摄像镜头的行扫描严格同步.用于密立根油滴实验的标准分划刻度线为3列8行的网格（因显示屏幅度小，只显出7格），每行格值为0.25mm.监视器屏幕的右上角显示的数据分别是加在平行极板间的电压值和油滴运动时间，油滴下落的行格数乘以格值则为油滴运动的距离【实验内容】1.实验前准备（1）将油滴仪面板上最左边的视频电缆线接至监视器背后的INPUT插孔上（2）将监视器阻抗选择开关拨在75Q处，电源线接至220V市电（3）调节仪器底座的3只调平螺丝，使面板上水准仪的气泡居中.将显微镜物镜伸人摄像孔，如图4-11-4所示，国O0视频输出AC220V电源指示电源开关油滴盒FBHZ-1型o密立根油滴仪水平仪国一聚焦手轮OOQCCD号源平衡电压调节升降电压调节显微镜提开平衡测量清琴计时图4-11-4电路箱面板结构图（4）打开油滴仪和监视器电源，5s后在监视器屏幕上会出现标准分划刻度线及电压、时间值，（5）按下“平衡”按钮，平衡电压调至200V

4灡 平衡电压调节:可调节“平衡暠档时极板间所加平衡电压.调节范围为 DC0~500V. 5灡 升降电压调节:可调节“升降暠档时极板间的升降电压大小,控制油滴升降速率.调节范 围大于已定“平衡电压暠值0~300V. 6灡 提升 :按下按钮,极板间为提升电压值,被测油滴上升. 7灡 平衡 :按下按钮,极板间为平衡电压值,被测油滴停止. 8灡 测量 :按下按钮,极板间电压为0V,被测油滴开始下落. 9灡 清零 :按下按钮,清出内存,时间显示“00灡00暠秒. 10灡 计时 :按下按钮,测量 按钮联动,极板间电压为0V,被测油滴开始下落并计时,直至 按下 平衡 按钮,油滴停止,计时也停止. 11灡CCD成像显微镜:由CCD摄像镜头和显微镜组成,微调显微镜的聚焦手轮可以在监视 器屏幕上得到清晰的油滴像. 监视器是一个22cm 的电视显示器,屏幕下方有一个小盒,轻轻压一下盒盖就会露出4个 调节旋钮,从左至右分别是行频、帧频、亮度、对比度调节.屏幕上可以显示分划板刻度线,它们 是由测量显示电路产生,并与 CCD摄像镜头的行扫描严格同步.用于密立根油滴实验的标准 分划刻度线为3列8行的网格(因显示屏幅度小,只显出7格),每行格值为0灡25mm.监视器屏 幕的右上角显示的数据分别是加在平行极板间的电压值和油滴运动时间,油滴下落的行格数 乘以格值则为油滴运动的距离. 暰实验内容暱 1灡 实验前准备 (1)将油滴仪面板上最左边的视频电缆线接至监视器背后的INPUT 插孔上. (2)将监视器阻抗选择开关拨在75毟 处,电源线接至220V 市电. (3)调节仪器底座的3只调平螺丝,使面板上水准仪的气泡居中.将显微镜物镜伸入摄像 孔,如图4灢11灢4所示. 图4灢11灢4 电路箱面板结构图 (4)打开油滴仪和监视器电源,5s后在监视器屏幕上会出现标准分划刻度线及电压、 时间值. (5)按下“平衡暠按钮,平衡电压调至200V. 第4章 近代与综合性实验 ·185·

大学物理实验:186:2.选择油滴、测量练习(1）选择油滴①将喷雾器喷嘴伸进油滴盒侧面的喷雾口9内，按捏橡皮囊（1～2次即可），使油雾喷人油雾室前、后微调显微镜，在显示器上看到落人油滴盒中的油滴群②选择大小合适的油滴是本实验的关键.大而亮的油滴质量大、带电多，但下落速度快，难以控制，因而测量误差大.太小的油滴观察困难，布朗运动明显，测量误差也大，具体选择方法是：分别按下“提升”和“测量”时，观察能够控制其上、下运动的油滴，选上、下速度适中的一颗作为测量对象③将油滴移至中间某一位置，按下“平衡”按钮，仔细调节“平衡电压”旋钮，使油滴达到平衡，经一段时间观察，油滴确实不再移动了，才能认为是平衡了，（2）测量练习要测准油滴上升、下降某段距离所需时间，一是要统一油滴到达刻度线什么位置才认为油滴已经踏线，二是观察时眼晴平视刻度线。通过分别按下“测量”和“平衡”来决定计时的开始与停止，练习几次油滴下落1～2格距离的“动、停”操作，要求达到一定熟练、准确的程度，3.正式测量实验方法有静态平衡测量法，动态测量法和同一油滴改变电荷法，后一种方式需要另备射线源.本实验只要求用静态平衡法测量，具体步骤是：（1）按下“提升”（或“测量”）按钮，将已经调好平衡电压的油滴移动至第2条水平（起点）线上：（2）接下“清零”接钮，使计时器处于00.00状态（3）按下“计时”按钮，此时“测量”联动，油滴开始匀速下降，计时器开始计时.（4）等到油滴到达第6条水平（终点）线时，迅速按下“平衡”按钮，油滴立即静止，计时也自动停止，从屏幕上记下相应的平衡电压U、油滴下降4格的运动时间ta.对同一油滴重复上述步骤测量6～10次.每次测量都应检查和调整平衡电压，以减少因油滴挥发引起平衡电压变化，而产生的系统误差选择5～10颗油滴进行测量，求得每颗油滴所带电荷的平均值9【数据处理】由于每颗油滴所带的基本电荷（e）的个数（n）不同，实验求得的带电量q也不同，直接求最大公约数很不方便，这单用“反向验证法”来计算，即将基本电荷的理论值e三1.602×10-19库仑去除每颗油滴的带电量9，把得到的商四舍五人取整，作为油滴所带基本电荷的个数n，再把电量9除以n求得基本电荷e的值，如果实验室给定值和测量值准确，计算油滴所带基本电荷的个数n不太大时，实验结果误差很小，则可证明电荷的不连续性，以上计算过程，可在实验室计算机备用的专用数据处理软件上进行【注意事项】本实验仪器较精密，要求实验者一定要看懂实验原理，明确实验步骤，精心操作，未经指导教师同意，不得擅自拆卸油雾室和拨动电极压簧.现将有关仪器使用和维护的注意事项说明如下：1.油雾喷雾器中的油不可装油太满，淹没壶中侧弯管底部即可.用完后一定要放入专用器血中，以免摔坏.使用、存放喷雾器时，喷口始终朝上，以免机油流出

2灡 选择油滴、测量练习 (1)选择油滴 栙 将喷雾器喷嘴伸进油滴盒侧面的喷雾口9内,按捏橡皮囊(1~2次即可),使油雾喷入 油雾室.前、后微调显微镜,在显示器上看到落入油滴盒中的油滴群. 栚 选择大小合适的油滴是本实验的关键.大而亮的油滴质量大、带电多,但下落速度快, 难以控制,因而测量误差大.太小的油滴观察困难,布朗运动明显,测量误差也大.具体选择方 法是:分别按下“提升暠和“测量暠时,观察能够控制其上、下运动的油滴,选上、下速度适中的一 颗作为测量对象. 栛 将油滴移至中间某一位置,按下“平衡暠按钮,仔细调节“平衡电压暠旋钮,使油滴达到平 衡,经一段时间观察,油滴确实不再移动了,才能认为是平衡了. (2)测量练习 要测准油滴上升、下降某段距离所需时间,一是要统一油滴到达刻度线什么位置才认为油 滴已经踏线,二是观察时眼睛平视刻度线.通过分别按下“测量暠和“平衡暠来决定计时的开始 与停止,练习几次油滴下落1~2格距离的“动、停暠操作,要求达到一定熟练、准确的程度. 3灡 正式测量 实验方法有静态平衡测量法,动态测量法和同一油滴改变电荷法,后一种方式需要另备射 线源.本实验只要求用静态平衡法测量,具体步骤是: (1)按下“提升暠(或“测量暠)按钮,将已经调好平衡电压的油滴移动至第2条水平(起点) 线上. (2)按下“清零暠按钮,使计时器处于00灡00状态. (3)按下“计时暠按钮,此时“测量暠联动,油滴开始匀速下降,计时器开始计时. (4)等到油滴到达第6条水平(终点)线时,迅速按下“平衡暠按钮,油滴立即静止,计时也 自动停止.从屏幕上记下相应的平衡电压U、油滴下降4格的运动时间td. 对同一油滴重复上述步骤测量6~10次.每次测量都应检查和调整平衡电压,以减少因 油滴挥发引起平衡电压变化,而产生的系统误差. 选择5~10颗油滴进行测量,求得每颗油滴所带电荷的平均值q焻. 暰数据处理暱 由于每颗油滴所带的基本电荷(e)的个数(n)不同,实验求得的带电量q也不同,直接求最 大公约数很不方便,这里用“反向验证法暠来计算,即将基本电荷的理论值e=1灡602暳10-19 库 仑去除每颗油滴的带电量q焻,把得到的商四舍五入取整,作为油滴所带基本电荷的个数n,再把 电量q焻除以n 求得基本电荷e的值.如果实验室给定值和测量值准确,计算油滴所带基本电荷 的个数n不太大时,实验结果误差很小,则可证明电荷的不连续性. 以上计算过程,可在实验室计算机备用的专用数据处理软件上进行. 暰注意事项暱 本实验仪器较精密,要求实验者一定要看懂实验原理,明确实验步骤,精心操作.未经指导 教师同意,不得擅自拆卸油雾室和拨动电极压簧.现将有关仪器使用和维护的注意事项说明 如下: 1.油雾喷雾器中的油不可装油太满,淹没壶中侧弯管底部即可.用完后一定要放入专用器 皿中,以免摔坏.使用、存放喷雾器时,喷口始终朝上,以免机油流出. ·186· 大学物理实验

第4章近代与综合性实验:187.2.若显示屏上看不到油滴（油滴盒中没有油雾），有可能上电极4中心小孔堵塞，需进行清理，3.如开机后屏幕上的字很乱或重叠，先关闭油滴仪电源，过一会开机即可.如发现刻度线上下抖动，可打开屏幕下边的小盒盖，微调左起第二旋钮可以消除抖动，4.实验过程中极性开关K拨向任一极性后一般不要再动，使用最频繁的是电压调节开关K2、平衡调节旋钮W以及“计时/停”开关，操作一定要轻而稳，以保证油滴的正常运动.如在使用过程中发现高压突然消失，只需关闭油滴仪电源半分钟后再开机就可恢复正常，5.油的密度与温度有关，实验中应注意根据不同温度从表4-11-2中选取相应值.其他数据可从表4-11-1中选取，其中极板间距d值由所用实验仪器决定.在用计算机处理数据时，应将软件程序相关参数正确设置，【预习思考题】1.为了准确测量油滴下落速度d，油滴仪采取了什么措施？2.测得各油滴电荷9求最大公约数，用了什么简化方法？【分析思考题】实验中，屏幕上观测的油滴在水平方向运动，或者变模糊甚至消失的原因是什么？【拓展阅读】[1]刘智新，李慧娟，穆秀家.2008.密立根油滴实验人为操作引起的误差探析.大学物理，27(04)：33—36.[2]郑立军，杨宏伟.2003密立根油滴实验中油滴带电荷数的辅助分析.大学物理实验，16(02)：32—33[3]］朱世坤.2004密立根油滴实验中应注意的两个问题，大学物理实验，17(02):30—31测普朗克常数4.12【引言】光电效应是赫在1887年为验证电磁波存在时偶然发现的.其后许多科学家对光电效应进行了大量的研究，总结出了光电效应的一些基本实验事实，然而却无法用经典电磁理论对它作出完满的解释.直到1905年，爱因斯坦在普朗克量子理论的基础上，大胆地提出了光量子概念，才使得光电效应得到了正确的理论解释密立根通过10年艰苦的实验研究，在1916年发表的实验论文中对爱因斯坦方程进行了全面的验证，并准确测出了普朗克常数h=6.56×10-34J·s，这一数值与普朗克在1900年从黑体辐射求得的数值符合极好.两位科学家也因在光电效应等方面的杰出贡献而分别获得诺贝尔奖光电效应为量子论提供了直观而明确的论证，两者在物理学发展史上都有重要意义.普朗克常数是自然界一个重要的普适常数，利用光电效应可简单而较准确地测出，光电效应实验有益于学习和理解量子论【实验目的】1.通过光电效应实验加深对光的量子性的认识2.验证爱因斯坦光电效应方程，测定普朗克常数h

2.若显示屏上看不到油滴(油滴盒中没有油雾),有可能上电极4中心小孔堵塞,需进行 清理. 3.如开机后屏幕上的字很乱或重叠,先关闭油滴仪电源,过一会开机即可.如发现刻度线 上下抖动,可打开屏幕下边的小盒盖,微调左起第二旋钮可以消除抖动. 4.实验过程中极性开关K1 拨向任一极性后一般不要再动,使用最频繁的是电压调节开关 K2、平衡调节旋钮W 以及“计时/停暠开关,操作一定要轻而稳,以保证油滴的正常运动.如在 使用过程中发现高压突然消失,只需关闭油滴仪电源半分钟后再开机就可恢复正常. 5.油的密度与温度有关,实验中应注意根据不同温度从表4灢11灢2中选取相应值.其他数 据可从表4灢11灢1中选取,其中极板间距d值由所用实验仪器决定.在用计算机处理数据时,应 将软件程序相关参数正确设置. 暰预习思考题暱 1.为了准确测量油滴下落速度vd,油滴仪采取了什么措施? 2.测得各油滴电荷q求最大公约数,用了什么简化方法? 暰分析思考题暱 实验中,屏幕上观测的油滴在水平方向运动,或者变模糊甚至消失的原因是什么? 暰拓展阅读暱 [1] 刘智新,李慧娟,穆秀家.2008.密立根油滴实验人为操作引起的误差探析.大学物 理,27(04):33—36. [2] 郑立军,杨宏伟.2003.密立根油滴实验中油滴带电荷数的辅助分析.大学物理实 验,16(02):32—33. [3] 朱 世 坤.2004. 密 立 根 油 滴 实 验 中 应 注 意 的 两 个 问 题. 大 学 物 理 实 验, 17(02):30—31. 4灡12 测普朗克常数 暰引言暱 光电效应是赫兹在1887年为验证电磁波存在时偶然发现的.其后许多科学家对光电效应 进行了大量的研究,总结出了光电效应的一些基本实验事实,然而却无法用经典电磁理论对它 作出完满的解释.直到1905年,爱因斯坦在普朗克量子理论的基础上,大胆地提出了光量子概 念,才使得光电效应得到了正确的理论解释.密立根通过10年艰苦的实验研究,在1916年发 表的实验论文中对爱因斯坦方程进行了全面的验证,并准确测出了普朗克常数h=6灡56暳 10-34J·s,这一数值与普朗克在1900年从黑体辐射求得的数值符合极好.两位科学家也因在 光电效应等方面的杰出贡献而分别获得诺贝尔奖. 光电效应为量子论提供了直观而明确的论证,两者在物理学发展史上都有重要意义.普朗 克常数是自然界一个重要的普适常数,利用光电效应可简单而较准确地测出,光电效应实验有 益于学习和理解量子论. 暰实验目的暱 1.通过光电效应实验加深对光的量子性的认识. 2.验证爱因斯坦光电效应方程,测定普朗克常数h. 第4章 近代与综合性实验 ·187·