1、密里根油滴儀實驗報告密里根油滴儀實驗姓 名 學 號 班 級 評 分桌 號 教 室 基礎樓1401 實驗日期 20 年 月 日 時段 指導教師： 一實驗目的：1、驗證電荷的不連續性及測量基本電荷電量。2、學習使用作圖法證明電荷滿足：二實驗儀器：MOD-9G密立根油滴儀由主機、CCD成像系統、油滴盒、監視器等組成。其中：主機包括可控高壓電源、計時裝置、A/D采樣、視頻處理等單元模塊。CCD成像系統包括CCD傳感器、光學成像等部件，用來捕捉暗室中油滴的像，同時將圖像信息傳給主機的視頻處理模塊。實驗過程中可以通過調焦旋鈕來改變物距，使油滴的像清晰的呈現在CCD傳感器的窗口內。油滴盒包括高壓電極、照明裝

2、置、防風罩等部件，結構見下圖-1。油滴盒上電極板中心有一個0.4mm的油霧落入孔，在膠木圓環上開有顯微鏡觀察孔和照明孔。在油滴盒外套有防風罩，罩上放置一個可取下的油霧杯，杯底中心有一個落油孔及一個檔片，用來開關落油孔。監視器是視頻信號輸出設備（電子顯示屏），其中測量顯示電路產生的電子分劃板刻度，與CCD攝像頭的行掃描嚴格同步。 圖2實驗儀器面板結構示意圖見圖2。面板各按鍵名稱及使用方法：1 電源開關按鈕：按下按鈕，電源接通，整機工作2 功能控制開關：有平衡、升降、測量三檔（分別配有指示燈顯示相應狀態）。 (1) 當處于中間位置即“平衡”按鈕時，可用平衡電壓調節旋鈕3來調節平衡電壓，使被測量油滴

3、處于平衡狀態； (2) 按下“提升”按鈕時，上下電極在平衡電壓的基礎上自動增加DC200V300V的提升電壓； (3) 按下“下降”按鈕時，極板間電壓為0V，被測量油滴處于被測量階段而勻速下落，并同時按下計時/暫停按鈕開始計時；油滴下落到預定距離時，迅速按下計時/暫停按鈕，同時停止計時； 3 平衡電壓調節旋鈕：可調節極板間的電壓。4 計時/暫停按鈕，開啟計時器和停止計時器按鍵；5 視頻輸出插座：CCD攝像頭用，輸出至監視器6 照明燈室： 7 水泡：調節儀器水平 8 上、下電極： 9 秒表復位鍵： 按一下該鍵，清除內存，秒表顯示“O0.O”秒；10 “確認”按鈕，此按鈕分為兩個功能：a、開啟儀器

4、時儀器進入參數顯示界面，此時按下按鍵，儀器進入分劃板界面；b、儀器進入分劃板界面之后，此時儀器處在測量狀態，此時按下一次“確認”按鍵，記錄一次測量數據，記錄的平衡電壓即屏幕中顯示的提示保存電壓，時間為屏幕中顯示的下落時間，當記錄5次數據之后，儀器自動計算實驗結果，并在屏幕上顯示出來，可以提供參考是否合格，此時再次按下“確認”按鍵，儀器再次進入測量界面，可以重復以上操作；11顯微鏡：放大暗室油滴圖像；12CCD攝像頭，采集暗盒圖像并顯示在監視器上。幾個重要按鍵及參數：提升、平衡、下降按鍵可以控制油滴上升、平衡或下降；計時/暫停按鈕，用于開啟計和停止計時器按鍵；確認按鍵可以將測量數據直接顯示在電子

5、屏幕上，最多可記錄5組數據，循環刷新，往復不斷。復位鍵用于清除秒表內存，顯示“0.00”秒；平衡電壓調節旋鈕用于調控極板之間的電壓大小，控制油滴的平衡、下落及上升。 平均相對誤差：3% 平行極板間距離：5.00mm 0.01mm極板電壓：DC0900V可調 提升電壓：DC 200V300V數字電壓表：0999V1V 數字秒表：O99.9秒光學鏡頭：放大倍數60X 電子分劃板刻度：重直線視場2，分10格，每格實際值0.2 mm圖-3 油滴受力圖一三、實驗原理一個質量為m，帶電量為q的油滴，在兩塊加有電壓U的平行極板之間會受到電場力、重力的作用（如圖3、4），若調節極板間電壓U，使二力平衡，此時

6、mg=qE=qU/d (1)顯然，只要設法測出油滴的質量m即可測出油滴的帶電量q。密立根將油滴視為半徑為r的小圓球，利用斯托克斯定律求出m值，由此便得到了求解油滴的帶電量q。即： 或者（2）上式即為靜態法測油滴電荷的公式。式中圖-4 油滴受力圖二油的密度 （20） 重力加速度（石家莊）空氣粘滯系數 平行極板間距離油滴勻速下降距離 （n為格線數）修正常數 大氣壓強式中的時間 tg 應為測量數次時間的平均值。四、實驗方法、操作步驟、儀器聯接將ZKY-MLG密立根油滴儀面板后面帶有Q9插頭的電纜線接至監視器后背下部的插座上，注意，一定要插緊，保證接觸良好，否則圖像紊亂或只有一些長條紋。2、儀器調整水

7、平調整調整實驗儀底部的旋鈕，通過水準儀將實驗平臺調平，使平衡電場方向與重力方向平行以免引起實驗誤差。極板平面是否水平決定了油滴在下落或提升過程中是否發生前后、左右的漂移。噴霧器調節噴霧器利用的是虹吸原理。使用時請注意：用滴管從油瓶里吸取油，由灌油處滴入噴霧器里，所灌得油千萬不可高于噴霧器里面的出氣管，否則會造成出氣管阻塞無法噴霧。油的液面2-5 mm高已足夠，將噴霧器豎起，再擠壓氣囊。CCD成像系統調整將儀器連接好后，打開顯示器和油滴儀電源開關，從噴霧口噴入油滴，此時監視器上應該出現大量油滴，宛如漫天的繁星。若沒有看到油滴的像或油滴像不清晰，檢查噴霧器是否有油噴出或落油孔是否阻塞，調整成像旋鈕

8、使其前后移動直至在監視器上看到清晰的油滴像。監視器調整監視器面板前有個調節旋鈕。分別是:水平、垂直、亮度、對比度。對比度一般置于較大（順時針旋到底或稍退回一些），亮度不要太亮。如發現刻度線上下抖動，這是“幀抖”，微調左邊起第二只旋鈕即可解決。3、測量練習練習是順利做好本實驗的重要一環，包括練習控制油滴運動，練習測量油滴運動時間和練習選擇合適的油滴。 選擇油滴選擇一顆合適的油滴十分重要。大而亮的油滴雖然比較容易捕捉，但質量大，必然所帶電荷也多，造成勻速下降或提升時間很短，增大了測量誤差和給數據處理帶來困難。太小的油滴受布朗運動的影響明顯，測量時漲落較大，也不易測量。通常選擇平衡電壓為150350

9、 ，勻速下落1.2 mm（屏幕上0-6線間的距離）的時間在8-20 s左右的油滴較適宜。選擇方法：將儀器置于平衡狀態，平衡電壓調節至200 V左右。噴入油滴后，注意觀察幾顆緩慢運動、較為清晰明亮的、且體積適中的油滴。 平衡電壓的確定 判斷油滴是否平衡要有足夠的耐性。當將油滴移至某條刻度線上，仔細調節平衡電壓，這樣反復操作幾次，經一段時間觀察油滴確實不再移動才認為是平衡了。 控制油滴的運動將油滴提升至屏幕0線以上，保持平衡。然后按下下降按鍵，該按鍵的綠色指示燈亮，此時上下極板同時接地，平衡電壓將為0 V，電場力為零，油滴自由下落，油滴將在重力、浮力及空氣阻力的作用下作下落運動。到達起始位置（屏幕

10、上0線）時按“計時/暫停”按鍵開始計時，待油滴下落至預定格線（屏幕上6線）時，再按“計時/暫停”按鍵，計時器暫停，油滴將停止下落，等待3秒使數據穩定，然后通過確認鍵將此次測量數據記錄到屏幕上。復位按鍵用于消除計時器中存儲的時間，壞的數據可以該鍵清除，每次測量前必須復位。將工作狀態按鍵切換至平衡按鍵，此時儀器根據平衡、提升按鍵的不同分兩種情況：若置于平衡狀態，則可以通過平衡電壓調節旋鈕調整平衡電壓；若置于提升狀態，則極板電壓將在原平衡電壓的基礎上再增加200-300V的電壓，用來向上提升油滴。 測量下落時間測準油滴上升或下降某段距離所需的時間，一是要統一油滴到達刻度線什么位置才認為油滴已踏線，二

11、是眼睛要平視刻度線，不要有夾角。反復練習幾次，使測出的各次時間的離散性較小。4、正式測量我們實驗采取平衡測量法： 開啟電源，將切換至平衡按鍵，用平衡電壓調節預加150350 電壓。向噴霧杯中噴入油霧，此時監視器上會出現大量油滴，宛如漫天的繁星一樣，選擇適當油滴，仔細調節平衡電壓，保證其在觀察的一段時間內始終平衡在0線以上。 切換至下降按鍵，此時油滴開始下落，記錄油滴在規定距離（屏幕上0線至6線）的下落時間。 將平衡、提升按鍵置于平衡，將油滴再次提升至起始格0線以上，并微調平衡電壓，保證油滴的平衡。重復以上步驟測5次。選擇58顆油滴，求得電子電荷的平均值e。* 選做項目：用動態法測電荷e值。五、

12、注意事項 開機后屏幕上的字很亂或字重疊，先關掉油滴儀的電源，過一會兒再開機即可。 噴油時噴霧器的噴頭不要深入噴油孔內，防止大顆粒油滴堵塞落油孔；噴霧器不用時請將噴霧器立置，放在一次性杯子里，否則油會泄漏至實驗臺上。 由于油滴在實驗過程中處于揮發狀態，在對同一油滴進行多次測量時，每次測量前都需要重新調整平衡電壓，以免引起較大的實驗誤差。儀器考慮到動態測量法需要記錄提升電壓的值，因此提升動作完成后，務必按一下確認鍵或者切換至0V一次，重新激活A/D采樣，否則提升電壓將會鎖定在屏幕上保持不變。復位按鍵用于消除計時器中存儲的時間，壞的數據可以該鍵清除，每次測量前必須復位。七、數據處理1、自行設計實驗數據表格（表格中應包括：5-8個油滴