第24卷第3期 2016年9月
北京石油化工学院学报 Journal of Beijing Institute of Petro-chemical Technology
Vol.24No.3 Sep.2016
密立根油滴实验测量条件的优化
刘喜莲，李蕾，吕爱君（北京石油化工学院数理系，北京102617）
摘要：选择合适的油滴是密立根油滴实验的关键环节。分析了实验中影响油滴带电的主要因素；结合实验条件，根据油滴半径与下落时间的关系，给出了下落时间的合理区间；由平衡电压与下落时间的关系，计算并分析得出了平衡电压的最佳实验区间；由此，提出了预先设定平衡电压快速捕提合理油滴的操作方法。实验结果表明，此方法为正确选取油滴提供了理论依据和切实可行的方法。
关键词：密立根油滴实验；平衡电压；电荷；最佳测量条件
中图分类号：0433
文献标志码A
密立根油滴实验是美国物理学家密立根(R.A.Millikan）测定电子电荷的实验。1907 ～1913年，密立根对在电场和重力场中运动的带电油滴进行实验时发现，所有油滴所带的电量均是电子电荷的整数倍，并确定了电子的电量。此实验在近代物理学发展过程中具有重要意义，密立根也因此于1923年获得了诺贝尔物理学奖。
密立根油滴实验装置随着技术的进步在不断的改进，但其实验原理至今仍在当代物理科学研究的前沿发挥着作用，油滴实验中将微观量测量转化为宏观量测量的巧妙设想和精确构思，以及用比较简单的仪器测得比较精确而稳定的结果等都高有启发性。
油滴由喷募器通过空气分子间的硅撞摩擦来产生，每个油滴的带电量和大小都是随机的，油滴的带电量和大小与油的性质、喷雾器、操作人的喷雾力度、环境温度、湿度有直接关系。喷油时油滴与喷嘴和空气分子的摩擦碰撞使不同的油滴带上不同数量和不同符号的电荷，每个油滴的带电量和大小都是随机的，具有不确定性。随机和不确定特性使实验难度加大，选取
“合适”的油滴是实验成败的关键。收稿目期：2016-04-06
基金项目：2014年校级敦改项目(14010782014)，
作者简介：刘客遵（1963一），女，硕士，副教授，研究方向为物理教学，E-mailliuxilianbipt,edu,cn。
万方数据
实验方法
实验所用仪器为南京浪博科教仅器研究所
OM99CCD微机密立根油滴仪。仪器的极板平衡电压可调范围为士DC100～400V；数字毫秒计可调范围为0～100s。利用上海产中华牌 701型钟表油进行实验，通过实验验证电荷的不连续性和测定基本电荷的大小。
用喷雾器将油喷入相距为d的水平放置的平行极板之间，设某油滴的质量为m，所带电量为9，当两极板未加电压时，油满在重力作用下向下运动，油滴下降一段距离达到某一速度后，空气黏滞力与重力平衡（空气的浮力约为重力的千分之一"，故浮力忽略不计），油滴将以 V匀速下降。此时有：
FFs =-0
(1)
作用在油滴上的重力F=mg，m为油滴的质量。由于表面张力的作用，油滴总是呈小球状，所以有：
m=
4
d..+-
(2)
式中：r为油滴半径；p为油的密度。根据斯托克斯定律空气黏滞力为：
F#=6元·n·r·Vg
(3)
式中，7为空气的黏滞系数。设实验中油滴匀速下降距离为l，下落速度=l/t，，tg为下落时间，代入式(3)，并结合式(1)和式(2)可得：