实验内容与步骤
学习控制油滴在视场中的运动，并选择合适的油滴测量元电荷。要求至少测量5个不同的油滴，每个油滴的测量次数应在5次。
（1）调整仪器
1）水平调整
调整实验仪主机的调平螺钉旋钮（俯视时，顺时针平台降低，逆时针平台升高），直到水准泡正好处于中心（注：严禁旋动水准泡上的旋钮）。将实验平台调平，使平衡电场方向与重力方向平行以免引起实验误差。极板平面是否水平决定了油滴在下落或提升过程中是否发生左右的漂移。
2）喷雾器调整
将少量钟表油缓慢地倒入喷雾器的储油腔内，使钟表油淹没提油管下方，油不要太多，以免实验过程中不慎将油倾倒至油滴盒内堵塞落油孔。将喷雾器竖起，用手挤压气囊，使得提油管内充满钟表油。
3）仪器硬件接口连接
①主机接线：电源线接交流220 V／50 Hz。
②监视器：视频线缆输入端接“VIDEO”，另一Q9端接主机“视屏输出”。DC12V适配器电源线接220 V／50 Hz交流电压。前面板调整旋钮自左至右依次为显示开关、返回键、方向键、菜单键（建议亮度调整为20、对比度调整为100）。
4）实验仪联机使用
①打开实验仪电源及监视器电源，监视器出现仪器名称及研制公司界面。
②按主机上任意键：监视器出现参数设置界面，首先，设置实验方法，然后根据该地的环境适当设置重力加速度、油密度、大气压强、油滴下落距离。“←”表示左移键、“→”表示右移键、“＋”表示数据设置键。
③按确认键后出现实验界面：计时“开始／结束”键为结束、“0 V／工作”键为0 V、“平衡／提升”键为“平衡”。
5）CCD成像系统调整
打开进油量开关，从喷雾口喷入油雾，此时监视器上应该出现大量运动油滴的像。若没有看到油滴的像，则需调整调焦旋钮或检查喷雾器是否有油雾喷出。
（2）熟悉实验界面
①在完成参数设置后，按确认键，监视器显示实验界面，如图3.74所示。不同的实验方法的实验界面有一定差异。
图3.74 密立根油滴仪实验界面示意图
②极板电压：实际加到极板的电压，显示范围：0～1 999 V。
③计时时间：计时开始到结束所经历的时间，显示范围：0～99.99 s。
④电压保存提示：将要作为结果保存的电压，每次完整的实验后显示。当保存实验结果后（即按下确认键）自动清零。显示范围同极板电压。
⑤保存结果显示：显示每次保存的实验结果，共5次，显示格式与实验方法有关。
a.平衡法：平衡法的局部界面显示如图3.75所示。
b.动态法：动态法的局部界面显示如图3.76所示。
图3.75 平衡法的局部界面
图3.76 动态法的局部界面
当需要删除当前保存的实验结果时，按下确认键2 s以上，当前结果被清除（不能连续删）。
⑥下落距离：显示设置的油滴下落距离。当需要更改下落距离的时候，按住平衡、提升键2 s以上，此时距离设置栏被激活（动态法步骤①和步骤②之间不能更改），通过“＋”键（即平衡、提升键）修改油滴下落距离，然后按确认键确认修改。距离标志相应变化。(https://www.daowen.com)
⑦距离标志：显示当前设置的油滴下落距离，在相应的格线上做数字标记，显示范围：0.2～1.8 mm。垂直方向视场范围为2 mm，分为10格，每格0.2 mm。
⑧实验方法：显示当前的实验方法（平衡法或动态法），在参数设置界面设定。欲改变实验方法，只有重新启动仪器（关、开仪器电源）。对于平衡法，实验方法栏仅显示“平衡法”字样；对于动态法，实验方法栏除了显示“动态法”以外，还显示即将开始的动态法步骤。如将要开始动态法第一步（油滴下落），实验方法栏显示“1动态法”。同样，做完动态法第1步骤，即将开始第2步骤时，实验方法栏显示“2动态法”。
⑨仪器生产厂家：显示生产厂家。
（3）选择适当的油滴并练习控制油滴（以平衡法为例）
①怎样选择合适的油滴：根据油滴在电场中受力平衡公式
根据式（3.154）以及多次实验的经验，当油滴的实际半径在0.5～1μm时最为适宜。若油滴过小，布朗运动影响明显，平衡电压不易调整，时间误差也会增加；若油滴过大，下落太快，时间相对误差增大，且油滴带多个电子的概率增加，前面说到，我们希望合适的油滴最好带1～5个电子。
操作方法：三个参数设置按键分别为“结束”“工作”“平衡”状态，平衡电压调为约400 V。喷入油滴，调节调焦旋钮，使屏幕上显示大部分油滴，可见带电多的油滴迅速上升出视场，不带电的油滴下落出视场，约10 s后油滴减少。选择那种上升缓慢的油滴作为暂时的目标油滴，切换“0 V／工作”键，这时极板间的电压为0 V，在暂时的目标油滴中选择下落速度为0.2～0.5格／s的作为最终的目标油滴，调节调焦旋钮使该油滴最小最亮。
②平衡电压的确认：目标油滴聚焦到最小最亮后，仔细调整平衡时的“电压调节”使油滴平衡在某一格线上，等待一段时间（约2 min），观察油滴是否飘离格线。若油滴始终向同一方向飘离，则需重新调整平衡电压；若其基本稳定在格线或只在格线上下做轻微的布朗运动，则可以认为油滴达到了力学平衡，这时的电压就是平衡电压。
③控制油滴的运动：将油滴平衡在屏幕顶端的第一条格线上，将工作状态按键切换至“0 V”，绿色指示灯点亮，此时上、下极板同时接地，电场力为零，油滴在重力、浮力及空气阻力的作用下作下落运动。油滴是先经一段变速运动，然后变为匀速运动，但变速运动的时间非常短（小于0.01 s，与计时器的精度相当），所以可以认为油滴是立即匀速下落的。当油滴下落到有0标记的格线时，立刻按下“计时”键，计时器开始记录油滴下落的时间；待油滴下落至有距离标志（1.6）的格线时，再次按下计时键，计时器停止计时（计时位置见图3.77），此时油滴停止下落。“0 V／工作”按键自动切换至“工作”，“平衡／提升”按键处于“平衡”，可以通过“确认”键将此次测量数据记录到屏幕上。将“平衡／提升”按键切换至“提升”，这时极板电压在原平衡电压的基础上增加约200 V的电压，油滴立即向上运动，待油滴提升到屏幕顶端时，切换至“平衡”，找平衡电压，进行下一次测量。每颗油滴共测量5次，系统会自动计算出这颗油滴的电荷量。
（4）正式测量
实验可选用平衡法（推荐）、动态法。实验前仪器必须调水平。
1）平衡法
①开启电源，进入实验界面将工作状态按键切换至“工作”，红色指示灯点亮；将“平衡／提升”按键置于“平衡”。
图3.77 密立根油滴仪平衡法计时位置示意图
②将平衡电压调整为400 V左右，通过喷雾口向油滴盒内喷入油雾，此时监视器上将出现大量运动的油滴。选取合适的油滴，仔细调整平衡电压U，使其平衡在起始（最上面）格线上。
③将“0 V／工作”状态按键切换至“0 V”，此时油滴开始下落，当油滴下落到有“0”标记的格线时，立即按下计时开始键，同时计时器启动，开始记录油滴的下落时间t。
④当油滴下落至有距离标记的格线时（例如：1.6），立即按下计时结束键，同时计时器停止计时，油滴立即静止，“0 V／工作”按键自动切换至“工作”。通过“确认”按键将这次测量的“平衡电压和匀速下落时间”结果同时记录在监视器屏幕上。
⑤将“平衡／提升”按键置于“提升”，油滴将向上运动，当回到高于有“0”标记格线时，将“平衡／提升”键切换至平衡状态，油滴停止上升，重新调整平衡电压。（注意：如果此处的平衡电压发生了突变，则该油滴得到或失去了电子。这次测量不能作数，从步骤②开始重新找油滴。）
⑥重复③④⑤，并将数据（平衡电压U及下落时间t）记录到屏幕上。当5次测量完成后，按“确认”键，系统将计算5次测量的平均平衡电压
和平均匀速下落时间t，并根据这两个参数自动计算并显示出油滴的电荷量q。
⑦重复②③④⑤⑥步，共找5颗油滴，并测量每颗油滴的电荷量qi。
⑧数据处理：
a.计算法：至少测量5颗油滴，记录每颗油滴的电荷量qi，再qi／e理论，对商四舍五入取整后得到每颗油滴所带电子个数ni；再qi／ni＝ei得到每次测量的基本电荷，再求出n次测量的e，与理论值比较求百分误差及不确定度。
b.作图法：得到qi和对应的ni后，以q为纵坐标，n为横坐标作图，拟合得到的直线斜率即为基本电荷e测量，与理论值比较求百分误差及不确定度。
2）动态法（选做）
①动态法分两步完成，第1步骤是油滴下落过程，其操作同平衡法（参见平衡法）。完成第1步骤后，如果对本次测量结果满意，则可以按下确认键保存这个步骤的测量结果，如果不满意，则可以删除。
②第1步骤完成后，油滴处于距离标志格线以下。通过“0 V／工作”键、“平衡／提升”键配合使油滴下偏距离“1.6”标志格线一定距离。调节“电压调节”旋钮加大电压，使油滴上升，当油滴到达“1.6”标志格线时，立即按下计时开始键，此时计时器开始计时；当油滴上升到“0”标记格线时，再次按下计时键，停止计时，但油滴继续上升，再次调节“电压调节”旋钮使油滴平衡于“0”格线以上（图3.78），按下“确认”键保存本次实验结果。
图3.78 密立根油滴仪动态法计时位置示意图
③重复以上步骤完成5次完整实验，然后按下确认键，出现实验结果画面。动态测量法是分别测出下落时间tf、提升时间tr及提升电压U，并代入式（3.150）即可求得油滴带电量q。
