密立根(Millikan)油滴实验是物理学中一个经典的实验,用于测定电子电荷的基本单位。这一实验由罗伯特·安德鲁·密立根(Robert Andrews Millikan)于1909年首次完成,并因此获得了1923年的诺贝尔物理学奖。通过精确测量带电油滴在重力场和电场中的运动,密立根成功地推导出了电子的电荷量。
以下是密立根油滴实验中常用的实验数据表格示例:
| 实验编号 | 油滴半径 (μm) | 油滴质量 (kg) | 初始速度 (m/s) | 匀速运动时间 (s) | 电场强度 (V/m) | 计算电荷 (C) |
|----------|----------------|----------------|-----------------|--------------------|-----------------|---------------|
| 1| 2.5| 6.7 × 10⁻¹⁵| 0.1 | 3.2| 1.5 × 10⁶| 1.6 × 10⁻¹⁹ |
| 2| 3.0| 8.2 × 10⁻¹⁵| 0.12| 3.5| 1.5 × 10⁶| 1.6 × 10⁻¹⁹ |
| 3| 2.8| 7.5 × 10⁻¹⁵| 0.11| 3.4| 1.5 × 10⁶| 1.6 × 10⁻¹⁹ |
| 4| 3.2| 8.5 × 10⁻¹⁵| 0.13| 3.6| 1.5 × 10⁶| 1.6 × 10⁻¹⁹ |
| 5| 2.7| 7.0 × 10⁻¹⁵| 0.1| 3.1| 1.5 × 10⁶| 1.6 × 10⁻¹⁹ |
在实验中,油滴被喷射到一个密封的容器内,该容器内有水平方向的电场和垂直方向的重力场。通过调节电场强度,使油滴达到平衡状态或匀速下落。通过测量油滴的质量、电场强度以及匀速运动的时间,可以计算出油滴所携带的电荷量。实验结果表明,所有油滴的电荷量都是基本电荷 \(e = 1.6 \times 10^{-19}\) 库仑的整数倍。
这个实验不仅验证了电荷的量子化特性,还为现代物理学的发展奠定了坚实的基础。通过这一实验,科学家们得以更深入地理解原子结构和基本粒子的性质。