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密立根油滴实验过程及其常见问题处理方法的探讨
北京交通大学 电子信息工程学院
摘要：本文简要介绍了密立根油滴实验的过程，实验过程常见问题及其处
理方法，总结了我做这个实验的经验和一些参考资料上的内容，希望能对以后做这个实验的同学有所帮助。
关键词：密立根油滴实验 实验过程探讨 问题处理
一、 引言
密立根油滴实验是近代物理实验中一个经典的基础实验，它是由美国著名的实验物理学家R．A．Millikan（密立根）设计并完成，在近代物理学史上有着十分重要的作用。实验证明了任何带电物体所带的电荷都是某一最小电荷——基本电荷的整数倍，确定了电荷的不连续性，并精确测定了基本电荷的电量。此实验构思巧妙、方法简洁、结果准确，通过宏观的力学模式来研究微观世界的量子特性，是一个著名的启发性实验。
现在公认的基本电荷为： e=
C。
要做好实验并不容易。由于实验中喷出的油滴是非常微小的，难以捕捉、控制和测量，因此做实验时一定要有严谨的科学态度和足够的耐心！
二、 实验过程探讨及常见问题处理
1. 实验过程
（1）仪器调节
熟悉实验中要用到的各个仪器的操作。将仪器放平稳，调整两只调平螺丝使水准泡指示水平，这时油滴盒处于水平状态。打开电源，调节CCD镜头使得分划板刻线清晰。 （2）测量练习：
练习是顺利做好实验的重要一环，包括练习控制油滴运动，练习测量油滴运动时间和练习选择合适的油滴。选择一颗合适的油滴十分重要。大而亮的油滴必然质量大，所带电荷也多，而匀速下降时间则很短，增大了测量误差和给数据处理带来困难，不可取。通常选择平衡电压为200～300Ｖ，匀速下落2mm的时间在约 20S的油滴较适宜。喷油后，置“平衡”档,调节使极板电压为200～300Ｖ，注意几颗缓慢运动、较为清晰明亮的油滴。试置“0V”档，观察各颗油滴下落大概的速度，从中选一颗作为测量对象。
判断油滴是否平衡要有足够的耐性。用平衡电压将油滴移至某条刻度线上，仔细调节平衡电压，这样反复操作几次，经一段时间观察油滴确实不再移动才认为是平衡了。
测准油滴上升或下降某段距离所需的时间，一是要统一油滴到达刻度线什么位置才认为油滴已踏线，二是眼睛要平视刻度线，不要有夹角。反复练习几次，使测出的各次时间的离散性较小。
（3）正式测量：
采用平衡法测量，将已调平衡的油滴用平衡电压控制移到“起跑”线上，计时器清零，然后将电压拨向“0V”，油滴开始匀速下降的同时，计时器开始计时。到“终点”时迅速将平衡电压拨向“平衡”，油滴立即静止，计时也立即停止。然后通过“提升”挡电压将油滴提升到合理位置，重复上述操作。对某颗油滴重复6～10次测量，选择6～10颗油滴，求得电子电荷的平均值ｅ。在每次测量时都要检查和调整平衡电压，以减小偶然误差和因油滴挥发而使平衡电压发生变化。
2. 常见问题及其处理方法
（1）为什么视场中无油滴
当喷雾器发生故障，油雾开关未打开或油雾孔堵塞时，在视场中我们都将发现无油滴。
1喷雾器使用一段时间后，常会发生阀门漏气、吸油管或喷气管断裂等故○
障，致使喷雾器不能正常喷出油雾。碰到此类情况应请求老师更换喷雾器。
2由于仪器的喷雾口与油雾开关距离较近，一些做实验时会不小心碰到油○
雾开关，使油雾开关关闭。所以在喷油时一定要检查油雾开关是否打开。
3喷雾时用油量不恰当，就会堵塞油雾孔，致使视场中无油滴出现。喷雾○
时，喷雾器内只要注入少量油，竖拿喷雾器，将喷雾器对准油雾室的喷气口，轻轻喷人少许油即可。切勿将喷雾器插入油雾室，更不能将油雾室的玻璃罩拿去，对准上电极板的落油小孔喷油，这样会弄脏油滴盒，堵塞落油小孔。如发生了上述情况，应在老师的协助下，取下上电极板(取上极板时应关闭电源)，用酒精棉球擦去油雾孔两边的油雾，再对着小孔吹两下，以防有油墨堵塞落油小孔。
（2）如何控制油滴
当油滴喷射后，在视场中会我们看到满天繁星似的运动油滴，未加电压时，油滴做自由落体运动；加上电压后会出现向上、向下两种运动状态的油滴，这是由于油滴雾化时所带电荷正、负极性不同，致使在电场作用下出现了不同的运动状态。
有些油滴，当平衡电压调到某一数值时，它可以稳定在一位置上，基本保持不动。方法得当，一个合适油滴可保持若干个小时，方法不当，实验未完成，油滴已在视场中消失了。
我们在实验中控制油滴的方法是：
1选定一个油滴后，要反复升降电压对其平衡电压进行调节，直至油滴始○
终按学生的意愿运动，达到随心所欲，控制自如。
2由于油滴的运动可能会不在所选定调好的焦平面上，会有稍稍的漂移，○
油滴会变得越来越小，甚至消失，这并不是油滴挥发了，而是漂移到焦平面以外的空间，如果不及时跟踪，油滴就会消失。因此，必须在油滴清晰度变弱时，及时调节显微镜调焦手轮，使油滴始终保持在显微镜的焦平面上，清晰可见，
不丢失。
（3）如何选择合适的油滴
油滴的大小直接影响着对油滴的控制，也影响本次实验的结果。如果实验中选择较大的油滴，由于油滴下落速度过快，无法对油滴进行实际控制，若选择过小的油滴，清晰度差，油滴容易丢失和挥发，不易控制。那么，在实际的实验过程中，应该选择怎样的油滴才算合适呢?又如何去选择呢?
在密立根油滴实验中，根据电学、力学等方面的知识从理论上得到油滴的大小(即油滴半径)与它下落某段距离所用时间的关系：
一带电油滴在水平的平行板均匀电场中受到重力mg，电场力qE和空气的浮力Ff作用，平衡时有 mg= qE + Ff
当平行板未加电压，油滴在重力作用下做加速运动，同时受到一个随速度变化的空气黏滞阻力的作用，由斯托克斯定律
式中： η为黏滞系数；r为油滴半径；b为修正系数；p为大气压强。当空气的黏滞力和油滴的重力达到平衡时（忽略空气浮力），油滴做匀速运动，设速度为
vg，此时 Fr =mg
即
此时平行板电压为零，油滴做匀速运动的速度
Vg=
因而可得出油滴的半径以及油滴的带电量
上式中：=981kg·p=1.013
；g=9.80m·；1.83kg·。
·；
Pa；b=8.22m·Pa；d=5.00
由上述理论，通过实验测得如表1所示的一组数据。
从上述实验所得的数据中我们可以看到，油滴的大小与其下落的时间是对应的。在做实验时，可以先去掉外加电压，让油滴下落2mm，大致测出所用的时间，若所用的时间在10～20 s左右，则说明选择的油滴是合适的。否则，过大或过小都会影响对油滴的控制和测量。因此选择油滴半径在7××
在做密里根油滴实验时，除了要注意上述几个主要问题外，还要考虑是否有外界因素可引起油滴的飘移，如实验室里的空气流动情况，油滴盒是否有空 气对流以及视场的明暗是否合适。以上诸多因素若都能考虑周全，那么就应该能得到较好的实验结果。
m的油滴是比较适宜的。
至1．3