測量元電荷的方法(元電荷的電量是怎么測定的)

1.元電荷的電量是怎么測定的

測定基元電荷的實驗。

為密立根所做 ，故又稱密立根油滴實驗 。1910年R.A.密立根設(shè)計了一種直接測量附著在小油滴上的微量電荷的方法，將油霧從上下放置的平行板電極的上板小孔中噴入，在噴霧過程中形成的細(xì)小油滴帶電，它們在重力、空氣浮力和粘滯力以及平行板間所加的電場作用力的作用下徐徐下降或浮升。

在強光照射下從側(cè)面的顯微鏡中可清晰地觀察到油滴的運動。通過油滴移動的距離和經(jīng)歷的時間，可測定其速度，根據(jù)所測的數(shù)據(jù)可確定油滴所帶的電荷。

在1910~1916年間 ，密立根和他的合作者測定了幾千個油滴的電荷，在1/1000的精度范圍內(nèi)，每個油滴所帶的電荷等于一個最小電荷的整數(shù)倍 ；用X射線或鐳射線照射油滴，油滴所帶電荷發(fā)生改變，引起其速度變化，所測數(shù)據(jù)表明油滴所帶電荷的改變也是該最小電荷的整數(shù)倍，密立根測出該最小電荷值。實驗無可辨駁地說明電荷具有基本的固有單元，奠定了原子物理學(xué)的基礎(chǔ)。

2.元電荷的電量是怎么測定的

測定基元電荷的實驗。

為密立根所做 ，故又稱密立根油滴實驗 。1910年R.A.密立根設(shè)計了一種直接測量附著在小油滴上的微量電荷的方法，將油霧從上下放置的平行板電極的上板小孔中噴入，在噴霧過程中形成的細(xì)小油滴帶電，它們在重力、空氣浮力和粘滯力以及平行板間所加的電場作用力的作用下徐徐下降或浮升。

在強光照射下從側(cè)面的顯微鏡中可清晰地觀察到油滴的運動。通過油滴移動的距離和經(jīng)歷的時間，可測定其速度，根據(jù)所測的數(shù)據(jù)可確定油滴所帶的電荷。

在1910~1916年間 ，密立根和他的合作者測定了幾千個油滴的電荷，在1/1000的精度范圍內(nèi)，每個油滴所帶的電荷等于一個最小電荷的整數(shù)倍 ；用X射線或鐳射線照射油滴，油滴所帶電荷發(fā)生改變，引起其速度變化，所測數(shù)據(jù)表明油滴所帶電荷的改變也是該最小電荷的整數(shù)倍，密立根測出該最小電荷值。實驗無可辨駁地說明電荷具有基本的固有單元，奠定了原子物理學(xué)的基礎(chǔ)。

3.科學(xué)家是怎樣測出電子電荷量的

密里根油滴實驗 電子電荷是一個重要的基本物理量，對它的準(zhǔn)確測定有很大的意義。1883年由法拉第電解定律發(fā)現(xiàn)了電荷的不連續(xù)結(jié)構(gòu)；1897年J J 湯姆遜通過對陰極射線的研究，測量了電子的荷質(zhì)比，從實驗上發(fā)現(xiàn)了電子的存在；而用個別粒子所帶的電荷的方法來直接證明電荷的分立性，以及首先準(zhǔn)確測定電子電荷的數(shù)值，則是由密立根（Milton）在1911年完成的。本實驗就利用密立根油滴實驗儀驗證電荷的不連續(xù)性，并求出電子所帶的電量。從實驗結(jié)果可以看出，任何油滴從空氣中捕獲的電荷都是最小電荷的整數(shù)倍。 密立根油滴實驗歷來是一個著名而有啟發(fā)性的實驗，它設(shè)計巧妙，結(jié)果準(zhǔn)確。在實驗中，認(rèn)真選擇油滴，耐心跟蹤和測量，培養(yǎng)一絲不茍的科學(xué)實驗態(tài)度。 實驗中要學(xué)會選擇合適的油滴，并且熟練控制油滴以進(jìn)行多次測量。計算每個油滴的帶電量，這里采用倒過來驗證的方法，即用公認(rèn)的電子電量值去除每個油滴的電量，并取一最接近的整數(shù)，用這個整數(shù)除油滴的電量，得到電子電荷的測量值。 該實驗是一個近代物理實驗，難度系數(shù)：1.00，適合自動化、電子信息工程、電氣工程及其自動化、機(jī)械設(shè)計制造及其自動化、過程裝備與控制工程、材料成型及控制工程、資源勘查工程、勘查技術(shù)與工程、船舶與海洋工程等專業(yè)以及對近代物理理論和實驗感興趣的同學(xué)選做。 實驗內(nèi)容 1、正確選擇和控制油滴。一般選擇平衡電壓在200V以上，勻速下降2mm距離用時間20-30S的油滴。如果油滴過大，下降速度會過快，油滴過小，則布朗運動明顯。 2、用平衡法測量油滴勻速下降2mm所用的時間。共選擇5顆油滴，每個油滴測量5次。 3、計算每個油滴的帶電量，然后計算電子電荷。這里我們采用倒過來驗證的方法 ，即用公認(rèn)的電子電量值去除每個油滴的電量，取一個最接近的整數(shù)，再用這個整數(shù)除油滴的電量，從而得到電子電荷的測量值。 4、將電子電荷的測量值與理論值進(jìn)行比較，計算相對百分誤差。 儀器簡介 密立根油滴儀，包括水平放置的平行極板（油滴盒）、調(diào)平裝置、照明裝置、顯微鏡、電源、計時器（秒表）、實驗用油、噴霧器等。 預(yù)習(xí)要求 1、通過分析油滴在極板間的受力情況，理解平衡法測量油滴電量公式的推導(dǎo)過程。 2、明白整個實驗的大致過程，如選擇5個合適的油滴，每個油滴測量多次；計算每個油滴的帶電量；求解電子電量。 3、根據(jù)要求畫出實驗數(shù)據(jù)表格。 問題解答 1、打開儀器電源開關(guān)并噴入油霧后，仍看不到油滴，可能的原因有： （1）顯微鏡調(diào)焦不準(zhǔn)確性。同學(xué)可自己調(diào)節(jié)。 （2）極板上的小孔被堵塞了。此時應(yīng)請老師來處理，因為極板上有高壓電，折裝極板前必須關(guān)閉儀器電源！ 2、為了證明電荷的不連續(xù)性和所有電荷都是基本電荷e的整數(shù)倍，并得到基本電荷e值，最有說明力的方法是對實驗所測得的各個油滴電量q求最大公約數(shù)，這個最大公約數(shù)就是基本電荷e，也就是電子電荷。但由于這樣處理較繁瑣，測量時的誤差又可能較大，因而求出最大公約數(shù)比較困難。 這是采用的倒過來驗證的方法，嚴(yán)格說來只能作為一種實驗驗證方法。 3、對某一個油滴測量了一次或幾次后，監(jiān)視器屏幕上油滴的象可能會變得不清楚了。這是因為由于空氣的影響，油滴上下反復(fù)運動幾次后，水平方向發(fā)生了移動，從而造成顯微鏡調(diào)焦不準(zhǔn)了，此 時只要微調(diào)顯微鏡調(diào)焦旋鈕即可。 思考討論 1、如何判斷油滴是否處在平衡狀態(tài)？ 2、實驗中如何選擇合適的油滴進(jìn)行測量？ 3、試分析空氣浮力對實驗結(jié)果的影響。 4、在實驗過程中，如果未調(diào)節(jié)器水平螺絲，即極板沒有處于水平狀態(tài)，則對實驗結(jié)果有什么影響？ 5、操作時怎樣使油滴在計時開始時已經(jīng)處于勻速運動狀態(tài)？ 注意事項 1、使用噴霧器往油霧室噴油時，不要連續(xù)噴多次，一般噴一下即可。以防堵塞極板上的小孔。 2、正確控制選中的油滴，不要跑出顯示器的屏幕。要求每個油滴測量6-10次。 3、實驗完畢，記錄室溫和空氣的粘滯系數(shù)，數(shù)據(jù)處理時要用到。

4.測元電荷的油滴實驗是怎么做的

我的百科 我的貢獻(xiàn)草稿箱百度首頁 | 登錄 新聞 網(wǎng)頁 貼吧 知道 MP3 圖片 視頻 百科 幫助 添加到搜藏 返回百度百科首頁 編輯詞條 油滴實驗?zāi)夸?實驗裝置 實驗與原理 密立根實驗與“草包族科學(xué)” 實驗作假丑聞 油滴實驗（Oil-drop experiment），是羅伯特·密立根與哈維·福萊柴爾（Harvey Fletcher）在1909年所進(jìn)行的一項物理學(xué)實驗，并使羅伯特·密立根因而獲得1923年的獲得諾貝爾物理學(xué)獎。

此實驗的目的是要測量單一電子的電荷。方法主要是平衡重力與電力，使油滴懸浮于兩片金屬電極之間。

并根據(jù)已知的電場強度，計算出整顆油滴的總電荷量。重復(fù)對許多油滴進(jìn)行實驗之后，密立根發(fā)現(xiàn)所有油滴的總電荷值皆為同一數(shù)字的倍數(shù)，因此認(rèn)定此數(shù)值為單一電子的電荷e。

到2006年為止，已知基本電荷值為1.60217653(14) x 1019庫侖[1]。密立根在諾貝爾獎頒獎典禮上，表示他的計算值為4.774(5) x 1010靜庫侖[2]（等于1.5924(17) x 1019庫侖）。

現(xiàn)在已知的數(shù)值與密立根的結(jié)果差異小于百分之一，但仍比密立根測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)誤（standard error）大了5倍，因此在統(tǒng)計上具顯著差異。 [編輯本段]實驗裝置 密立根設(shè)置了一個均勻電場，方法是將兩塊以水平方式平行排列的金屬板作為兩極，且兩極之間可產(chǎn)生相當(dāng)大的電位差。

金屬板上有四個小洞，其中三個是用來將光線射入裝置中，另外一個則設(shè)有一部顯微鏡，用以觀測實驗。噴入平板中的油滴可經(jīng)由控制電場來改變位置。

為了避免油滴因為光線照射蒸發(fā)而使誤差增加，此實驗所使用的油擁有較低的蒸氣壓。其中少數(shù)的油滴在噴入平板之前，會因為與噴嘴發(fā)生摩擦而獲得電荷，成為實驗對象。

[編輯本段]實驗與原理 在此實驗中，油滴的運動方向共受四個力量影響： 空氣阻力（向上） 重力（向下） 浮力（向上） 電場力（向上） 首先噴入的油滴會因為電場尚未開啟而下墬（以重力加速度），并很快的因為與空氣的摩擦而到達(dá)終端速度（等速下墬）。接著開啟電場，假如此電場強度夠強（或稱電場力，F(xiàn)E），那么將會使部分具有電荷的油滴開始上升。

之后選出一個容易觀察的油滴，利用電壓的調(diào)整使油滴固定于電場中央，并使其他油滴墬落。接下來的實驗將只針對此一油滴進(jìn)行。

然后關(guān)閉電場使油滴下降，并計算油滴在下墬時終端速度v1，再根據(jù)斯托克斯定律（Stokes' Law）算出油滴所受的空氣阻力： （空氣阻力，方向向上） v1 為油滴的終端速度；η 為空氣的黏滯系數(shù)；r 為油滴半徑。 重量W（重力）等于體積V乘上密度ρ，且由于使油滴下降的力量為重力，因此下墬加速度為g。

假設(shè)油滴為完美球型，則重力W可寫成 （重力，方向向下） ρ為油滴密度 不過若要獲得較為精確的數(shù)值，則重量必須減去空氣對油滴造成的浮力（等于和油滴相等體積的空氣重量）。假設(shè)油滴為完美球型，則浮力B可寫成 （浮力，方向向上） ρair為空氣密度。

上兩式合并如下： （重力 - 浮力） 到達(dá)終端速度時加速度為零（等速下降），此時作用于油滴的合力為零，使F與W互相抵銷，也就是F = W，由此可得： 一但求得r（太小以致無法直接測量），則W也可算出。 再來將電場重新開啟，此時作用于油滴的電場力為 （電場力，方向向上） q為油滴電荷；E為電極板之間的電場。

平行板狀電極產(chǎn)生的電場則可以下式求得： V為電位差；d為平板之間的距離。 若以較為直截了當(dāng)?shù)姆椒?，q可經(jīng)由調(diào)整V使油滴固定，再由FE = W算出： 不過這種方法實際上難以實行。

因此也可使用較容易操作的方式：稍微再將電壓V向上調(diào)升，讓油滴上升并得到一個新的終端速度v2，再從下式中得到q： （電場力 - 重力 + 浮力 = 油滴向上爬升到達(dá)終端速度時所受的空氣阻力） 黏滯系數(shù)的修正 密立根當(dāng)時的實驗所算出的q與油滴大小有關(guān)[3]，這是因為若是油滴太小，以致于和空氣粒子的大小差距不大時，史托克定律將不適用。因此此實驗更精確的黏滯系數(shù)η' 應(yīng)該修正為下式： P為實驗時的大氣壓力；b = 6.33 x 10-5米 · 毫巴，為實驗定出的經(jīng)驗常數(shù)。

[編輯本段]密立根實驗與“草包族科學(xué)” 理查·費曼曾經(jīng)在1974年，于加州理工學(xué)院的一場畢業(yè)典禮演說中敘述“草包族科學(xué)”（Cargo cult science）時提到[4]： 從過往的經(jīng)驗，我們學(xué)到了如何應(yīng)付一些自我欺騙的情況。舉個例子，密立根做了個油滴實驗，量出了電子的帶電量，得到一個今天我們知道是不大對的答案。

他的資料有點偏差，因為他用了個不準(zhǔn)確的空氣粘滯系數(shù)數(shù)值。于是，如果你把在密立根之后、進(jìn)行測量電子帶電量所得到的資料整理一下，就會發(fā)現(xiàn)一些很有趣的現(xiàn)象：把這些資料跟時間畫成坐標(biāo)圖，你會發(fā)現(xiàn)這個人得到的數(shù)值比密立根的數(shù)值大一點點，下一個人得到的資料又再大一點點，下一個又再大上一點點，最后，到了一個更大的數(shù)值才穩(wěn)定下來。

為什么他們沒有在一開始就發(fā)現(xiàn)新數(shù)值應(yīng)該較高？——這件事令許多相關(guān)的科學(xué)家慚愧臉紅——因為顯然很多人的做事方式是：當(dāng)他們獲得一個比密立根數(shù)值更高的結(jié)果時，他們以為一定哪里出了錯，他們會拼命尋找，并且找到了實驗有錯誤的原因。另一方面，當(dāng)他們獲得的結(jié)果跟密立根的相仿時，便不會那么用心去檢討。