密立根油滴實驗中常見問題分析

摘 要： 本文分析了密立根油滴實驗中影響實驗過程或結果的幾個經常出現的問題，并提出了相應的處理方法。

關鍵詞： 密立根油滴 常見問題 處理方法

密立根油滴實驗是近代物理中一個具有代表性的實驗，其設計思想、實驗方法堪稱物理學的典范，雖然過去了一百多年，但它所折射出來的科學光輝依然熠熠生輝，指引著千萬學子科學探索的方向。

隨著儀器設備的不斷完善，密立根油滴實驗的結果也日趨完美，但由于對于基本電荷電量這一微觀量的測量，對實驗條件的要求相對較高，在實驗過程中難免會出現一些問題，影響實驗效果。如果能正確地分析和處理這些問題，就會給實驗創造更為有利的條件，得到更加準確的實驗結果。下面以MOD-5型密立根油滴儀為例，分析總結實驗中常見的問題及相應的處理方法。

一、噴油后視場中不見油滴

正常情況下，用噴霧器噴油后，視場中會出現滿天繁星一樣的油滴，如果噴油后沒有油滴出現，一般會是以下幾方面的原因：

1.顯微鏡焦距沒有調節到合適位置，油滴無法成清晰的像，需仔細調節顯微鏡焦距。

2.油霧倉底部擋風板閉合，油滴無法進入電場中。在噴油時，應拉開擋板，待油滴進入后再閉合擋板。

3.電極板上板小孔被油霧阻塞，油滴無法進入電場，需及時清理上板油污，使小孔通透。

4.噴霧器漏氣，無法噴入油滴，需更換噴霧器。

二、視場亮度不均勻或偏暗

1.如果視場亮度不均勻，一般是電場的照明二極管位置不正所致，需關閉電源，仔細調整發光二極管位置。

2.如果是亮度不夠，有兩個原因，一個是照明二極管可能被油污所蒙蔽，致使發光暗淡，需清理。二是照明二極管縮入了電場側壁的進光小孔中，只需調整一下位置就可以了。

三、油滴橫向漂移

油滴進入電場后，其下落和上升路徑不豎直，逐漸向一個方向橫向漂移，有時沒有測量結束，油滴已經漂移出可以顯示的視場范圍。有以下幾個原因：

1.沒有封閉油霧倉底孔擋板，空氣的流動對微小的油滴產生影響，使其橫向漂移。測量過程中應注意關閉油霧倉底孔擋板。

2.在動態（非平衡）測量中，如果儀器沒有調整好水平，致使油滴受到一個水平橫向的電場力分力的作用，就會產生橫向漂移。但在靜態（平衡）測量中，不存在這方7152de9c73329c59c236535abf8583a80632151e981f7344e46c6f499f35b073面的原因，需要在測量前仔細調整儀器水平。

3.顯微鏡鏡頭偏斜，導致分劃板豎線不垂直于水平方向，這樣豎直下落的油滴的運動方向就與分劃板縱線不平行，油滴橫向漂移。調整方法：控制一顆油滴，使其上下運動，邊觀察邊仔細轉動顯微鏡鏡筒，直到油滴上下運動的軌跡與分劃板縱線平行為止。

四、噴入的油滴不帶電

噴入油滴后觀察，有時發現油滴都比較暗，懸浮在視場中且不受控制，這種油滴一般都比較小，且不帶電，不適合測量。如果這種油滴比較多，一般是由于環境中空氣的濕度過大，油滴不易帶上電荷。特別是雨季容易出現這種情況。這就需要盡量避免在濕度大的季節做這個實驗，或者要在濕度大的實驗室中用空調除濕。再者，如果噴霧器所噴射的油滴過于細小，也會造成這種想象，可以更換噴霧器試試。

五、實驗誤差偏大

密立根油滴實驗中造成結果誤差偏大的原因很多，因為對于微觀量的測量，稍有不慎，就會使實驗結果謬以千里。誤差偏大的原因主要有：

1.本實驗的測量原理原理式是一近似公式，測量本身存在著理論誤差。

2.平衡電壓U的測量存在誤差。在調節油滴平衡時，是用肉眼觀察油滴是否處于靜止狀態的，動與不動都是相對于觀測者來說的，觀察角度、觀測時間等其他一些主觀因素都會對測量值產生一定的影響。另外油滴的布朗運動對平衡電壓的調節也產生一定影響。為減小以上各因素引起的誤差，應在實驗中將油滴置于分劃板某一橫線上仔細調節平衡電壓，并有足夠長的觀測時間。

3.時間t的測量誤差。油滴在電場中勻速下落一段距離所用的時間，是手動測量的，更容易產生誤差。觀測者的反應速度、觀測角度，起始與終點的確定等因素都會對時間的測量產生影響。測時間時，要注意手、腦、眼配合好，反應快，眼睛盡量平視分劃板。

4.選擇油滴不合適引起誤差。實驗中選擇適合測量的油滴很重要。一般應選擇平衡電壓在200伏～400伏之間、勻速下落2毫米所用時間在20秒左右的油滴進行測量，這樣的油滴質量、帶電量都比較合適，通常油滴帶幾個電荷。如果選擇太大的油滴（一般帶電量也比較多），就會下落比較快，不容易測準時間；如果油滴太小，就會比較暗，不容易跟蹤，同時布朗運動會比較明顯，也不適合測量。

5.選擇油滴少，測量次數少引起誤差。在密立根油滴實驗中，基本電荷電量一般是用求油滴帶電量的最小公約數的方法取得的，應為大量數據的統計結果。所以實驗中應增加測量次數及盡可能多地選擇多個油滴進行測量，結果才能更趨于準確。在時間允許的情況下，應至少選擇8—10個油滴測量，每個油滴的測量次數在6—10次。密立根油滴實驗設計巧妙，原理清晰，極富啟發性，是一個值得我們深入學習和研究的經典實驗，在實驗中應要求學生耐心、細致，善于觀察，注意指導學生克服一些不利因素，遇到問題認真分析原因并找到解決的方法，提高學生分析問題、解決問題的能力，取得滿意的實驗效果。

參考文獻：

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