密立根油滴实验中常见问题分析

摘 要： 本文分析了密立根油滴实验中影响实验过程或结果的几个经常出现的问题，并提出了相应的处理方法。

关键词： 密立根油滴 常见问题 处理方法

密立根油滴实验是近代物理中一个具有代表性的实验，其设计思想、实验方法堪称物理学的典范，虽然过去了一百多年，但它所折射出来的科学光辉依然熠熠生辉，指引着千万学子科学探索的方向。

随着仪器设备的不断完善，密立根油滴实验的结果也日趋完美，但由于对于基本电荷电量这一微观量的测量，对实验条件的要求相对较高，在实验过程中难免会出现一些问题，影响实验效果。如果能正确地分析和处理这些问题，就会给实验创造更为有利的条件，得到更加准确的实验结果。下面以MOD-5型密立根油滴仪为例，分析总结实验中常见的问题及相应的处理方法。

一、喷油后视场中不见油滴

正常情况下，用喷雾器喷油后，视场中会出现满天繁星一样的油滴，如果喷油后没有油滴出现，一般会是以下几方面的原因：

1.显微镜焦距没有调节到合适位置，油滴无法成清晰的像，需仔细调节显微镜焦距。

2.油雾仓底部挡风板闭合，油滴无法进入电场中。在喷油时，应拉开挡板，待油滴进入后再闭合挡板。

3.电极板上板小孔被油雾阻塞，油滴无法进入电场，需及时清理上板油污，使小孔通透。

4.喷雾器漏气，无法喷入油滴，需更换喷雾器。

二、视场亮度不均匀或偏暗

1.如果视场亮度不均匀，一般是电场的照明二极管位置不正所致，需关闭电源，仔细调整发光二极管位置。

2.如果是亮度不够，有两个原因，一个是照明二极管可能被油污所蒙蔽，致使发光暗淡，需清理。二是照明二极管缩入了电场侧壁的进光小孔中，只需调整一下位置就可以了。

三、油滴横向漂移

油滴进入电场后，其下落和上升路径不竖直，逐渐向一个方向横向漂移，有时没有测量结束，油滴已经漂移出可以显示的视场范围。有以下几个原因：

1.没有封闭油雾仓底孔挡板，空气的流动对微小的油滴产生影响，使其横向漂移。测量过程中应注意关闭油雾仓底孔挡板。

2.在动态（非平衡）测量中，如果仪器没有调整好水平，致使油滴受到一个水平横向的电场力分力的作用，就会产生横向漂移。但在静态（平衡）测量中，不存在这方7152de9c73329c59c236535abf8583a80632151e981f7344e46c6f499f35b073面的原因，需要在测量前仔细调整仪器水平。

3.显微镜镜头偏斜，导致分划板竖线不垂直于水平方向，这样竖直下落的油滴的运动方向就与分划板纵线不平行，油滴横向漂移。调整方法：控制一颗油滴，使其上下运动，边观察边仔细转动显微镜镜筒，直到油滴上下运动的轨迹与分划板纵线平行为止。

四、喷入的油滴不带电

喷入油滴后观察，有时发现油滴都比较暗，悬浮在视场中且不受控制，这种油滴一般都比较小，且不带电，不适合测量。如果这种油滴比较多，一般是由于环境中空气的湿度过大，油滴不易带上电荷。特别是雨季容易出现这种情况。这就需要尽量避免在湿度大的季节做这个实验，或者要在湿度大的实验室中用空调除湿。再者，如果喷雾器所喷射的油滴过于细小，也会造成这种想象，可以更换喷雾器试试。

五、实验误差偏大

密立根油滴实验中造成结果误差偏大的原因很多，因为对于微观量的测量，稍有不慎，就会使实验结果谬以千里。误差偏大的原因主要有：

1.本实验的测量原理原理式是一近似公式，测量本身存在着理论误差。

2.平衡电压U的测量存在误差。在调节油滴平衡时，是用肉眼观察油滴是否处于静止状态的，动与不动都是相对于观测者来说的，观察角度、观测时间等其他一些主观因素都会对测量值产生一定的影响。另外油滴的布朗运动对平衡电压的调节也产生一定影响。为减小以上各因素引起的误差，应在实验中将油滴置于分划板某一横线上仔细调节平衡电压，并有足够长的观测时间。

3.时间t的测量误差。油滴在电场中匀速下落一段距离所用的时间，是手动测量的，更容易产生误差。观测者的反应速度、观测角度，起始与终点的确定等因素都会对时间的测量产生影响。测时间时，要注意手、脑、眼配合好，反应快，眼睛尽量平视分划板。

4.选择油滴不合适引起误差。实验中选择适合测量的油滴很重要。一般应选择平衡电压在200伏～400伏之间、匀速下落2毫米所用时间在20秒左右的油滴进行测量，这样的油滴质量、带电量都比较合适，通常油滴带几个电荷。如果选择太大的油滴（一般带电量也比较多），就会下落比较快，不容易测准时间；如果油滴太小，就会比较暗，不容易跟踪，同时布朗运动会比较明显，也不适合测量。

5.选择油滴少，测量次数少引起误差。在密立根油滴实验中，基本电荷电量一般是用求油滴带电量的最小公约数的方法取得的，应为大量数据的统计结果。所以实验中应增加测量次数及尽可能多地选择多个油滴进行测量，结果才能更趋于准确。在时间允许的情况下，应至少选择8—10个油滴测量，每个油滴的测量次数在6—10次。密立根油滴实验设计巧妙，原理清晰，极富启发性，是一个值得我们深入学习和研究的经典实验，在实验中应要求学生耐心、细致，善于观察，注意指导学生克服一些不利因素，遇到问题认真分析原因并找到解决的方法，提高学生分析问题、解决问题的能力，取得满意的实验效果。

参考文献：

[1]蒋荣侠，贾素青.密立根油滴实验常出现的问题及处理方法[J].实验室研究与探索，1997（4）：61-62.

[2]肖苏.大学物理实验[M].安徽合肥.中国科学技术大学出版社，2004：283-288.