一、实验目的
1．了解密立根油滴仪的结构，油滴实验测定电子电荷的设计思想和方法。
2．了解CCD图像传感器的原理和电视显微测量方法。
3．通过对带电油滴在重力场和静电场中运动的测量，来测量基本电荷
的大小，验证电荷的量子性。
4．通过实验中对仪器的调整、油滴的选择、跟踪、测量及数据处理，培养学生科学的实验方法。
二、实验仪器
MOD-5C型密立根油滴仪，钟表油，喷雾器。
三、实验原理
本实验中采用静态测量法来测量基本电荷
的大小。
质量
、带电量为
的球形油滴，处在两块水平放置的平行带电平板之间。改变两平板间电压
，可使油滴在板间某处静止不动。忽略空气浮力，则静电力
和重力
平衡。即
(1)
式中
为两极板间的电场强度，
为两极板间的距离。只要测出
、
、
并代入(1)式，即可算出油滴带电量
。然而因油滴很小，其质量无法直接测得。本实验采用下述的方法测量质量。
当两极板间未加电压时，油滴受重力作用而下落，下落过程中同时受到向上的空气粘滞阻力
的作用,当油滴下落的速度
增加时,根据斯托克斯定律
会增大。最后空气粘滞阻力
与重力相等时,油滴达到了最大速度设油滴匀速下落的速度为
,则有
(2)
式中
是粘滞系数,
是油滴的半径。设油滴的密度是
,则
考虑到对如此小的油滴来说空气已不能视为连续媒质，加上空气分子的平均自由程和大气压强
成正比等因素，粘滞阻力修正后写为
为修正常数，
为大气压强。由(2),(3),(4)式可得
(5)
分别测出油滴匀速下落距离
和所用的时间
，则油滴匀速下落的速度
，利用式(1)和(5)式有:
(6)
在给定的实验条件下，
，
，
，
，
，
，
。将以上数据代入(6)式得
(7)
四、实验内容
1．油滴仪的调整
将仪器放平稳，调整两只调平螺丝使水准泡指示水平，这时油滴盒处于水平状态。打开电源开关，微调CCD镜头焦距使分划板刻线清晰。
2．测量
选择平衡电压为
，匀速下落
所用时间约
的油滴作为待测对象较好。油滴平衡后，通过“提升”挡电压将油滴提升到第一条水平刻线处，让油滴下落至第二条刻线时开始计时，测出油滴匀速运动
(对应分划板四格)所用的时间
。接着再加上平衡电压，否则油滴很快消失，影响多次测量。
对一颗油滴进行多次反复测量(一般在5次以上)，且每次测量前均应重新调节平衡电压，分别算出每次测量的结果(油滴带电量和基本电荷)。用同样的方法至少测量5颗油滴，最终求出(所有)基本电荷的实验平均值。
五、注意事项
1．喷雾时切勿将喷雾器插入油雾室，甚至将油倒出来，更不应该将油雾室拿掉后对准上电极板中央小孔喷油，否则会将油滴盒周围搞脏，甚至把落油孔堵塞；
2．选择大小合适的油滴是实验的关键。大而亮的油滴，因其质量大，油滴带电量也多，匀速下落一定距离的时间短，增加测量和数据处理误差。而过小的油滴布朗运动明显，且不易观察。
3．测量油滴运动时间应在两极板中间进行，太靠近上极板，小孔附近有气流，电场也不均匀，若太靠近下极板，测量后油滴容易丢失。
六、思考题
1．为什么向油雾室喷油时要使两极板短路？
2．对同一颗油滴进行多次测量时，为什么平衡电压必须逐次调整？
3．实验时如何保证测量的时间是对应油滴作匀速运动的时间？
