(南開(kāi)大學(xué) 基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心)

密立根油滴實(shí)驗(yàn)

(南開(kāi)大學(xué) 基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心)

1 主要內(nèi)容

密立根油滴實(shí)驗(yàn)是近代物理學(xué)中測(cè)量基本電荷e的一個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)是由美國(guó)著名物理學(xué)家密立根(Robert A.Millikan)經(jīng)歷十多年設(shè)計(jì)并完成的.這一實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想簡(jiǎn)明巧妙、方法簡(jiǎn)單，而結(jié)論卻具有不容置疑的說(shuō)服力，因此堪稱(chēng)物理實(shí)驗(yàn)的精華和典范.密立根測(cè)出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是e=1.592 4(17)×10-19C，這與現(xiàn)在公認(rèn)值相差僅1%，

如圖1所示，實(shí)驗(yàn)采用CCD攝像機(jī)和監(jiān)視器(ZKY-MLG-6型)，可非常清楚地看到鐘表油油滴的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，大大改善了實(shí)驗(yàn)條件，使測(cè)量結(jié)果更為準(zhǔn)確.實(shí)驗(yàn)可以分別進(jìn)行平衡法和動(dòng)態(tài)法油滴實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過(guò)讓學(xué)生直觀觀察油滴在電場(chǎng)中靜止、向上及向下勻速運(yùn)動(dòng)等狀態(tài)，使得學(xué)生對(duì)油滴在電場(chǎng)中的受力及各種運(yùn)動(dòng)形態(tài)有更深入的理解.

圖1 密立根油滴實(shí)驗(yàn)儀

為了更準(zhǔn)確地測(cè)量基本電荷值，學(xué)生需要測(cè)量多個(gè)油滴所帶電荷，以最大公約數(shù)的辦法求得基本電荷值，而在視場(chǎng)中找到合適的油滴并進(jìn)行多次測(cè)量，需要學(xué)生具有很好的實(shí)驗(yàn)技巧以及耐心.本實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致的實(shí)驗(yàn)態(tài)度和耐心的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣具有良好的作用.

2 創(chuàng)新點(diǎn)

利用CCD攝像機(jī)和監(jiān)視器觀察電場(chǎng)中油滴的運(yùn)動(dòng),改善了實(shí)驗(yàn)條件,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象清楚、直觀.實(shí)驗(yàn)采取自動(dòng)化程序代入?yún)⒘坑?jì)算油滴帶電量，避免了復(fù)雜的計(jì)算，有利于學(xué)生理解和認(rèn)識(shí)油滴在電場(chǎng)中的受力以及油滴各種運(yùn)動(dòng)形態(tài)，有助于學(xué)生理解密立根油滴實(shí)驗(yàn)的物理思想.

3 主要成效

1)通過(guò)CCD攝像機(jī)和監(jiān)視器清楚直觀地觀察油滴在電場(chǎng)的各種運(yùn)動(dòng)形態(tài)，使得學(xué)生對(duì)密立根油滴實(shí)驗(yàn)的物理思想有更深刻的認(rèn)識(shí).

2)在實(shí)驗(yàn)中獲取有效的油滴及多次測(cè)量是難點(diǎn)，學(xué)生往往需要經(jīng)過(guò)多次細(xì)心地調(diào)節(jié)焦距及尋找油滴的過(guò)程才能找到合適的油滴，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練可以培養(yǎng)學(xué)生耐心細(xì)致的良好實(shí)驗(yàn)習(xí)慣.

(執(zhí)筆：錢(qián) 鈞)