河南城建学院：《近代物理实验》课程教学资源（讲义，共十四个实验）

式（5-1-6）中的油滴匀速下降的速度v。，可用下述方法测出：在平行板未加电压时，测出油滴下降/长度时所用的时间t。，即可知(5-1-7)10将（5-1-7)、（5-1-6）、（5-1-3）、（5-1-4）代入（5-1-1）式，整理后得318元nld(5-1-8)qUbV2pg(1+pa上式是用平衡测量法测定油滴所带电荷的理论公式。2、动态（非平衡）测量法为解决静态平衡法中由于空气流扰动而产生的非预期的影响以及油滴蒸发引起的误差，可在平行极板上加以适当的电压U，使油滴受静电力作用加速上升。速度增加时，空气对油滴的粘滞力也随之增大，上升一段距离达到某一速度v后，油滴将以匀速上升，油滴所受空气粘滞阻力、空气浮力、重力与静电力达到平衡，这时U4元apg6元an。=q%"3"当去掉平行极板上所加的电压U后，油滴受重力作用而加速下降。当空气粘滞阻力、空气浮力和重力平衡时，4元a'pg6元an'vg3两式相除得U4一元apgqd3Ve4Vg.元a'pg3所以4(5-1-9)0DSU311

11 式（5-1-6）中的油滴匀速下降的速度 g v ，可用下述方法测出：在平行板未加电压时，测出油滴 下降 l 长度时所用的时间 g t ，即可知 g g l v t = （5-1-7） 将（5-1-7）、（5-1-6）、（5-1-3）、（5-1-4）代入（5-1-1）式，整理后得 3 2 g 18 2 (1 ) l d q g b U t pa        =     +     （5-1-8） 上式是用平衡测量法测定油滴所带电荷的理论公式。 2、 动态（非平衡）测量法 为解决静态平衡法中由于空气流扰动而产生的非预期的影响以及油滴蒸发引起的误差，可在平 行极板上加以适当的电压 U，使油滴受静电力作用加速上升。速度增加时，空气对油滴的粘滞力也 随之增大，上升一段距离达到某一速度 e v 后，油滴将以匀速上升,油滴所受空气粘滞阻力、空气浮力、 重力与静电力达到平衡，这时 3 e 4 6 3 U a v q a g d      = − 当去掉平行极板上所加的电压 U 后，油滴受重力作用而加速下降。当空气粘滞阻力、空气浮 力和重力平衡时， 3 g 4 6 3     a v a g  = 两式相除得 3 e 3 g 4 3 4 3 U q a g v d v a g     − = 所以 3 g e g 4 3 v v d q a g v U     + =       （5-1-9）

如果油滴所带的电量从q变到g，油滴在电场中匀速上升的速度将由v。变成。，而匀速下降的速度不变，这时油滴所带的电量4-元apgU3显然电荷的改变量41(5-1-10)元apgq,=q-3U实验时取油滴匀速下降和匀速上升的距离相等，都设为1，测得油滴匀速下降1所用时间为，匀速上升1所用时间为1和t即，11(5-1-11)VgV1%6to将式（5-1-6）和式（5-1-11）代入式（5-1-9）和式（5-1-10）得m18元nlau(+)()a=bJ2pg(1+pa(5-1-12)218元nl(-()q.b/2pg(1+pa18元nl令kab/2pg(1 +pa12

12 如果油滴所带的电量从 q 变到 q  ，油滴在电场中匀速上升的速度将由 e v 变成 e v  ，而匀速下 降的速度 g v 不变，这时油滴所带的电量 3 g e g 4 3 v v d q a g v U     +   =       显然电荷的改变量 3 e e g 4 3 i v v d q q q a g v U     −  = − =        （5-1-10） 实验时取油滴匀速下降和匀速上升的距离相等，都设为 l ，测得油滴匀速下降 l 所用时间为 g t ，匀速上升 l 所用时间为 e t 和 e t  ， 即 g e e g e e , , l l l v v v t t t = = =   （5-1-11） 将式（5-1-6）和式（5-1-11）代入式（5-1-9）和式（5-1-10）得 3 2 1 2 g e g 3 2 1 2 e g e 18 1 1 1 2 (1 ) 18 1 1 1 2 (1 ) i l d q g b U t t t pa l d q g b U t t t pa               = +         +                 =  −             +         （5-1-12） 令 3 2 18 2 (1 ) l k d g b pa        =     +    

(+))q=k则4-(-))1从实验所测得的结果，可以分析出g与9,只能为某一数值的整数倍，由此可以得出油滴所带电子的总数n和电子的改变数i，从而得到一个电子的电荷为e=1_l(5-1-13)ni【实验仪器】HLD-MOD-IX型油滴仪，喷雾器，油，MOD-5型立根油滴仪1、MOD-5型立根油滴仪如图5-1-2和图5-1-3所示。13

13 则 1 2 g e g 1 2 e g e 1 1 1 1 1 1 1 1 i q k t t t U q k t t U t     = +             =  −             从实验所测得的结果，可以分析出 q 与 i q 只能为某一数值的整数倍，由此可以得出油滴所带 电子的总数 n 和电子的改变数 i ，从而得到一个电子的电荷为 i q q e n i = = （5-1-13） 【实验仪器】 HLD-MOD-Ⅸ型油滴仪，喷雾器，油，MOD-5 型立根油滴仪 1、MOD-5 型立根油滴仪如图 5-1-2 和图 5-1-3 所示

23?24150252217图5-1-2油滴仪结构图1-油滴盒；2-防风罩；3-油雾室；4-照明灯：5-导光棒；6-照明灯电源插座；7-调平螺丝；8-水平仪9-显微镜：10-目镜头：11-接目镜：12-调焦手轮；13-数字电压表；14-工作电压调节旋钮；15-工作电压反向开关：16-升降电压调节旋钮；17-升降电压反向开关：18-低压汞灯：19-CCD；20-CCD托板：21-CCD接简：22-CCD电源插座：23-视频电缴：24-监视器：25-计时器插座2图5-1-3油滴盒图5-1-4分划板1-喷雾口：2-油雾口开关；3-油雾孔：4-上电极板压簧5-外接电源插孔：6-油滴盒基座；7-油滴仪版面油滴仪包括油滴盒、照明装置、调平装置、测量显示镜、电源、计时器、喷雾器等。MOD-5B型密立根油滴仪带有低压汞灯，可改变油滴所带的电荷量。MOD-5BC型密立根油滴仪还配有电荷耦合器件（CCD）的电子显示装置。油滴盒由两块经过精磨的平行板（上、下电极）和中间垫的胶木圆环组成。胶木圆环上有进光14

14 油滴仪包括油滴盒、照明装置、调平装置、测量显示镜、电源、计时器、喷雾器等。MOD-5B 型密立根油滴仪带有低压汞灯，可改变油滴所带的电荷量。MOD-5BC 型密立根油滴仪还配有电荷 耦合器件（CCD）的电子显示装置。 油滴盒由两块经过精磨的平行板（上、下电极）和中间垫的胶木圆环组成。胶木圆环上有进光 图 5-1-2 油滴仪结构图 1-油滴盒；2-防风罩；3-油雾室；4-照明灯；5-导光棒；6-照明灯电源插座；7-调平螺丝；8-水平仪； 9-显微镜；10-目镜头；11-接目镜；12-调焦手轮；13-数字电压表；14-工作电压调节旋钮；15-工作电压 反向开关；16-升降电压调节旋钮；17-升降电压反向开关；18-低压汞灯；19-CCD；20-CCD 托板； 21-CCD 接筒；22-CCD 电源插座；23-视频电缆；24-监视器；25-计时器插座 图 5-1-3 油滴盒 图 5-1-4 分划板 1-喷雾口；2-油雾口开关；3-油雾孔；4-上电极板压簧 5-外接电源插孔；6-油滴盒基座；7-油滴仪版面

孔、观察孔和石英玻璃窗口，油滴盒放在防风罩中，上极板中央有一个直径0.4mm的小孔，油滴从油雾室经油雾孔落入小孔，进入上下电极之间。油滴盒防风罩前装有测量显微镜，用以观察平行板间的油滴。测量显微镜目镜中装有分划板（如图5-1-4所示），其垂直总刻度相当于视场中的0.3cm，用以测量油滴运动的距离。分划板中间的横向刻度可用来观测油滴的布朗运动。电源部分提供4种电压：①3.6V油滴照明电压：②500V直流工作电压，该电压可连续调节，从数字电压表上直接读数，并由工作电压的反向开关改变上下电极板的极性；③200V左右的直流升降电压，该电压叠加在工作电压上，以控制油滴在视场中的合适位置。升降电压高，油滴移动速度快，反之则慢，该电压在电压表上无指示；④12VCCD电源电压。2、HLD-MOD-IX型油滴仪HLD-MOD-型油滴仪由主机和实验软件两部分构成，主机部分主要由机箱面板、油滴盒和复杂的电子电路构成。这里仅对机箱面板、油滴盒、实验软件界面及软件操作控件做以简易的介绍。(1)机箱面板机箱面板如图5-1-5所示，旋钮功能请看图注。2534DD-XILD58BHE.BN16C101514131211图5-1-5HLD-MOD-IX型油滴仪面板俯视图1-电压显示：2-时间显示：3-视频输出插座：4-水准泡：5-油雾室和照明灯室：6-电源开关按钮7-显微镜；8-“正负电荷”按钮；9-“复位”按钮；10-CCD摄像头；11-清零”按键；12-“计/停”按键；13-“测量”按键；14-“平衡”按键：：15-“提升”按键；16-平衡电压调节旋钮。15

15 孔、观察孔和石英玻璃窗口，油滴盒放在防风罩中，上极板中央有一个直径 0.4mm 的小孔，油滴从 油雾室经油雾孔落入小孔，进入上下电极之间。 油滴盒防风罩前装有测量显微镜，用以观察平行板间的油滴。测量显微镜目镜中装有分划板（如 图 5-1-4 所示），其垂直总刻度相当于视场中的 0.3cm，用以测量油滴运动的距离。分划板中间的横 向刻度可用来观测油滴的布朗运动。 电源部分提供 4 种电压：①3.6V 油滴照明电压；②500V 直流工作电压，该电压可连续调节，从 数字电压表上直接读数，并由工作电压的反向开关改变上下电极板的极性；③200V 左右的直流升降 电压，该电压叠加在工作电压上，以控制油滴在视场中的合适位置。升降电压高，油滴移动速度快， 反之则慢，该电压在电压表上无指示；④12VCCD 电源电压。 2、HLD-MOD-Ⅸ型油滴仪 HLD-MOD-Ⅸ型油滴仪由主机和实验软件两部分构成，主机部分主要由机箱面板、油滴盒和复杂 的电子电路构成。这里仅对机箱面板、油滴盒、实验软件界面及软件操作控件做以简易的介绍。 ⑴机箱面板 机箱面板如图 5-1-5 所示，旋钮功能请看图注。 图 5-1-5 HLD-MOD-IX 型油滴仪面板俯视图 1-电压显示；2-时间显示；3-视频输出插座；4-水准泡；5-油雾室和照明灯室： 6-电源开关按钮； 7-显微镜；8-“正负电荷”按钮；9-“复位”按钮；10-CCD 摄像头；11-“清零”按键；12-“计/停” 按键；13-“测量”按键；14-“平衡”按键：；15-“提升”按键；16-平衡电压调节旋钮