油滴實驗裝置

① 密里根油滴實驗中，如果平行極板不水平，對測量有何影響

在密立根實驗中，如果兩平行帶電極板不水平，油滴在電場中運動的時候就會走斜線，或者受到的靜電場力和重力不在一條直線上，這樣移動的距離相比較理論值會偏大，使得誤差增加。

密立根油滴實驗，美國物理學家密立根所做的測定電子電荷的實驗。1907-1913年密立根用在電場和重力場中運動的帶電油滴進行實驗，發現所有油滴所帶的電量均是某一最小電荷的整數倍，該最小電荷值就是電子電荷。

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密里根油滴實驗的目的：

是要測量單一電子的電荷。方法主要是平衡重力與電力，使油滴懸浮於兩片金屬電極之間。並根據已知的電場強度，計算出整顆油滴的總電荷量。重復對許多油滴進行實驗之後，密立根發現所有油滴的總電荷值皆為同一數字的倍數，因此認定此數值為單一電子的電荷e=1.592.10-19庫侖。

實驗裝置：

密立根設置了一個均勻電場，方法是將兩塊金屬板以水平方式平行排列，作為兩極，兩極之間可產生相當大的電位差。金屬板上有四個小洞，其中三個是用來將光線射入裝置中，另外一個則設有一部顯微鏡，用以觀測實驗。噴入平板中的油滴可經由控制電場來改變位置。

為了避免油滴因為光線照射蒸發而使誤差增加，此實驗使用蒸氣壓較低的油。其中少數的油滴在噴入平板之前，因為與噴嘴摩擦而獲得電荷，成為實驗對象。

② 在密立根油滴實驗裝置中，噴霧器向透明的盒子里噴入帶點油滴，小盒子內的上、下兩金屬板分別接在電源兩極

（1）該油滴豎直向下做勻速直線運動，受重力和電場力，二力平衡；故電場力向回上，而答場強向下，故油滴帶負電荷； （2）勻速運動是平衡狀態，重力和電場力平衡： mg=F=qE 所以：q= mg E = 1.8×1 0 -9 4.0×1 0 4 C =4.5×10 -14 C （3）元電荷電量：e=1.6×10 -19 C 所以，元電荷倍數N：N= q e = 4.5×1 0 -14 1.6×1 0 -19 個=2.8×10 5 個 答：（1）該油滴帶負電荷； （2）該油滴所帶電荷量是4.5×10 -14 C； （3）該油滴所帶電荷量是元電荷e的2.8×10 5 倍．

③ 美國物理學家密立根通過如圖所示的實驗裝置，最先測出了電子的電荷量，被稱為密立根油滴實驗．如圖，兩塊

（1）平行金屬板板間存在勻強電場，液滴恰好處於靜止狀態，
電場力與回重力平衡，則有答
mg=qE=

qU

d

所以需要測出的物理量有油滴質量m，兩板間的電壓U，兩板間的距離d，
故選：ABC．
（2）用所選擇的物理量表示出該油滴的電荷量q=

mgd

U

，
（3）在進行了幾百次的測量以後，密立根發現油滴所帶的電荷量雖不同，但都是某個最小電荷量的整數倍，
這個最小電荷量被認為是元電荷，其值為e=1.6×10^-19C．
故答案為：（1）ABC
（2）

mgd

U

（3）1.6×10^-19

④ 密立根油滴實驗首先測出了元電荷的數值，其實驗裝置如圖所示，油滴從噴霧器噴出，以某一速度進入水平放置

（1）當無電場時抄，重力與阻力相平衡，則有：6πηrv₁=mg；
當有電場時，則有重力等於阻力與電場力之和，即為：mg=6πηrv₂+qE；
解得：q=

6πrη(v1?v2)

E

；
（2）根據物體帶電本質：電子的得失，且由表格所測電量，可知：在誤差范圍內，可以認為油滴的帶電量總是1.6×10^-19C的整數倍，
故電荷的最小電量即元電荷為1.6×10^-19C．
故答案為：（1）

6πrη(v1?v2)

E

；
（2）在誤差范圍內，可以認為油滴的帶電量總是1.6×10^-19C的整數倍，故電荷的最小電量即元電荷為1.6×10^-19C．

⑤ 密立根油滴實驗原理

在油滴實驗中，羅伯特·安德魯·密立根及其學生在美國芝加哥大學瑞爾森物理實驗室進行了一項開創性的物理學實驗。實驗裝置包括一個電容器，其中兩塊水平的平行電極板之間形成電場。當使用噴霧器將微小的油滴噴入這個電場時，這些油滴通常帶有電荷。在未施加電場的情況下，油滴受到重力的作用而下降。然而，當電場被施加後，油滴的下降過程變得復雜起來。

油滴在電場中受到兩個主要力的作用：重力（mg）和電場力（F1）。此外，油滴還受到空氣的浮力和粘滯阻力的影響。當這些力達到平衡時，油滴將進行勻速下降，即不再加速也不再減速。這種平衡狀態的出現是因為重力被空氣浮力和粘滯阻力部分抵消，而電場力則保持油滴帶電狀態不變。通過精確測量這些力和觀察油滴的運動，密立根和他的學生首次測量出了電子的電荷量。

油滴實驗不僅是物理學史上的一個重要里程碑，也是現代物理學研究的基礎之一。它證明了原子和分子的存在，並揭示了電荷的量子性質。這一發現為後來的物理學研究提供了寶貴的實驗數據和理論支持，對量子力學和電磁學的發展產生了深遠的影響。

盡管實驗原理相對復雜，但油滴實驗展示了物理學實驗設計的巧妙和精確性。通過精確控制實驗條件，科學家們能夠揭示出自然界的基本規律，並推動科學知識的不斷進步。這種實驗方法至今仍然被廣泛應用於物理學研究中，成為科學家們探索宇宙奧秘的重要工具之一。