密立根油滴儀通過對帶電油滴在重力場和靜電場中運動的測量，驗證電荷的不連續(xù)性，并測定電子電荷電量e ;測量懸浮在空氣中微粒的布朗運動。 密立根油滴儀由穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、數(shù)字秒表、油霧室、上下電板及顯微鏡、CCD電子顯示系統(tǒng)組成，是一個集光、機、電于一體的儀器，具有綜合設計小巧精干，使用方便等特點。
密立根油滴儀可以測定油滴的電量，并可驗證電荷的量子性，即任何帶電體所帶的電量都是基本電荷的整數(shù)倍。密立根油滴儀的設計思想巧妙，其測量油滴電量的方法筒單，而結果卻具有不容置疑的說服力。
一、教學目的
1． 領會密立根油滴實驗的設計思想。
2． 掌握密立根油滴儀的使用方法。
3． 運用密立根油滴儀測定油滴的電量，并驗證電荷的量子性。
二、教學要求
1． 提交符合要求的預習報告；
2． 實驗操作在三小時內(nèi)完成，操作正確，數(shù)據(jù)合格；
3． 寫出合格的實驗報告。
三、教學重點和難點
重點：密立根油滴實驗的設計思想；
密立根油滴儀的使用方法；
油滴平衡電壓及其勻速運動2.00mm所用的時間的測量。
難點：密立根油滴儀的調(diào)節(jié)；
測量顯微鏡的聚焦；
油滴勻速運動2.00mm所用的時間的測量。
四、講解內(nèi)容（約１５分鐘）
1． 提問：當帶電油滴在電場中處于靜態(tài)平衡時，受到幾個力作用？這幾個力之間存在什么關系？
回答：當帶電油滴在電場中處于靜態(tài)平衡時，油滴受到２個力的作用，分別是：重力、電場力。這兩個力的大小相等，方向相反，如圖１所示。
mg
qE
圖１
qE= mg（１） 式中，q是帶電油滴的電量，E是電場強度，m是油滴的質(zhì)量，g重力加速度。
2． 提問：密立根油滴儀是如何得出電場強度Ｅ的大小？
回答：在兩平行板產(chǎn)生的電場中，電場強度Ｅ的大小與平行板之間的電勢差Ｕ的關系是：
Ｅ＝ （２）
式中，d是兩平行板之間的距離。因此，只要測出Ｕ、d的大小，即可得到電場強度Ｅ。
3． 提問：如何用密立根油滴儀測出帶電油滴的質(zhì)量m？
回答：因為油滴的質(zhì)量很小，因而其測量方法如下。當平行板間不加電壓時，油滴在重力的作
用下降落，在降落過程中將受到空氣阻力的作用。因而，當下落一定距離后，油滴將勻速運動，
此時，空氣阻力的大小等于重力的大小，即
mg=6πηrv （３）
式中，r是油滴的半徑，是空氣的粘滯系數(shù)，v是油滴勻速下降的速度。再根據(jù)油滴的質(zhì)量
m=4πr3ρ／３ （４）
及空氣粘滯系數(shù)的修正式
η／＝η／（１＋b/pr） （５）
可得出油滴的質(zhì)量表達式
m=πρ[?]3/2 (６)
式中，ρ是油滴的密度，b是修正系數(shù)，p是大氣壓強。
4． 提問：本實驗測量油滴所帶電量的計算式是什么？
回答：油滴所帶電量的計算式是：
q=? （）７
5． 提問：密立根油滴儀的電壓表上顯示的電壓值是哪一個電壓的值？
回答：密立根油滴儀的電壓表上顯示的電壓值是平衡電壓的電壓值。升降電壓的大小可以調(diào)節(jié)，但其大小不能顯示出來。
6． 提問：密立根油滴儀上的紫外燈的作用是什么？
回答：紫外燈的作用是改變油滴所帶的電量。
7． 提問：如果分劃板沒有調(diào)節(jié)好，對實驗結果有無影響？
回答：如果分劃板沒有放正，則會影響油滴勻速運動２.00mm所用時間的測量。
8． 提問：在儀器調(diào)節(jié)中，使視場中能觀察到清晰油滴的關鍵是什么？
回答：在本實驗測量中，一定要能觀察到清晰的油滴。而能觀察到清晰油滴的關鍵是測量顯微鏡的調(diào)焦。
9． 提問：在調(diào)平衡電壓的同時，能否加上升降電壓？
回答：在調(diào)平衡電壓時，不能加上升降電壓。平衡電壓的作用是：當該電壓產(chǎn)生的電場作用于油滴上時，其作用力等于油滴的重力，從而計算出該油滴的電量。如果在調(diào)平衡電壓時，加上升降電壓，則平衡電壓產(chǎn)生的電場對油滴的作用力不等于油滴的重力。
10． 提問：實驗中測量油滴勻速運動的時間t時，如何保證油滴作勻速運動？
回答：實驗中測量油滴勻速運動的時間t時，將油滴移至視場的上方，等油滴運動一定距離后才開始計時，這樣可保證油滴作勻速運動。
11． 提問：長時間地監(jiān)測一顆油滴，由于揮發(fā)使油滴質(zhì)量不斷減少，它將影響哪些量的測量？
回答：長時間地監(jiān)測一顆油滴，由于揮發(fā)將使油滴的質(zhì)量不斷減少，油滴的半徑也會減小，因此，與油滴的質(zhì)量、半徑有關的物理量也會發(fā)生變化，如油滴的重力及油滴所受到的空氣阻力等，這將導至平衡電壓的減小、油滴勻速下降２.００mm所用的時間增大。但由于油滴質(zhì)量的減少同時引起了這兩個量的變化，因此，油滴質(zhì)量的減少對油滴電荷的測定影響不大。
12． 提問：在選擇被測油滴時，希望油滴所帶電量多還是少？為什么？
回答：在選擇被測油滴時，希望油滴所帶的電量少。當油滴所帶電量比較多時，由于在測量過程中存在誤差，使得油滴所帶的電量與電子的電量之比有可能處于兩個整數(shù)之間，從而無法判斷油滴所帶的電量是電子電量的多少倍。（強調(diào)將油從噴霧口中噴入時，只噴入一次即可）
