实验介绍
在1897年汤姆逊证明了电子的存在之后,人们便自然地进行了多次尝试以精确确定它的性质。 汤姆逊测量了这种基本粒子的荷质比,由此至少证实了这个比值是唯一的的。下一步显然就是分别确定它的质量和电荷。稍加考虑就会知道前者的测量是不能脱离后者单独进行的。 任何用以揭示其惯性性质的实验韶必须用到电子的电荷,因为事实上电子只有在电场或磁场中才能被加速。另一方面,假如电荷量总是不改变的话,那么,它倒是可以独立确定的。早在汤姆逊的工作之前,已有人对电荷基本单位的大小作了估计。1881年斯通尼(G.J.Stoney)提出这个数值为 3×10-11 静电单位,大约比真实值小了十倍。正是这位斯通尼在1891年提议用“电子”来给电荷的“自然”单位命名。梅耶(O.E.Meyer)在分子运动论的基础上作出了较好的估计。即 3×10-11 静电单位。唐森(J.S.B.Townsend)在汤姆逊的实验室工作时测出的值与梅耶的值相近,但他利用了电离水蒸气雾的沉降,用这样的方法不能获得高准确度。1903年,汤姆逊和H.A.威尔逊(H A.Wi1son)都用改进过的仪器尝试进行了类似的测量,但在精度上并没有明显的改善主要的困难是在一次接一次形成云时,须使同样的各种条件重复出现。这样,当1907年密立根开始对这个问题发生兴趣时,这个高度重要的常数值还匿身于一个相当大的范围之内。密立根设计了一种研究单个水蒸汽滴在电场和重力场作用下运动的方法。这一实验后来被称做油滴实验,比起较早的方法这是一项重大改进,用它得到了可靠并且可以重复侧量的电子电荷值。密立根令人信服地证明了电荷的不连续性,这对最终建立物质的原子论有着重大的作用; 因为即使在二十世纪初期,也仍然有一些人认为,用电和物质的连续理论同样能很好地解释已知的事实。
密立根(Bobert Andrew Millikan)1868年3月22日生于美国伊利诺斯州的莫里森镇 , 他的父亲是镇上的牧师。他生活和工作在一个以物理学最富革命性的发展为其特征的时期,在这段时期建立的许多概念构成了我们今天物理观念的基础。物质、辐射、甚至空间和时间的新概念,都与十九世纪末二十世纪初同时来临。这些并不是在科学正常发展的过程中一一如果当真有这种情况的话一一顺利理成章地得出的一般想法。相反,它们都是对传统思想路线的根本背离其意义也超出了科学领或。正如密立根在他的自传中所指出的那样”:“……说真的,我这样认为,对上个世纪中的一个普通人来说,他在基本信仰、哲学观念、宗教信仰及整个世界观上所发生的变化比前四千年中发生的全部变化加起来还要大。”在回答这些巨大变化为什么会在此期间发生这个问题时密立根又说:“……毫无疑问,这是由于自十九世纪中叶以来,人类对自然的了解与控制能力的增长——即由于有了科学和它在人类生活中的应用,甚至历史上没有人敢梦想实现的东西都在我生活的这个年代里开花结果了”。
1923年密立根荣获了诺贝尔物理学奖。由于密立根油滴实验设计巧妙、原理清楚、设备简单、结果准确,所以历来是一个著名而有启发的实验。通过学习密立根实验的设计思想和实验技巧,可以提高实验能力和实验素养。