实验物理的典范电荷的测量

20世纪初，美国物理学家密立根做了一个著名的实验——油滴实验，第一次测定了电子的电荷值。油滴实验是近代物理史上一个重要的实验，被誉为实验物理的典范。密立根求实严谨的实验作风也成为物理界的楷模。

1868年3月，密立根出生在美国一个贫穷的牧师家中。他上学很晚，除了希腊语和数学以外，几乎没有什么特长。1889年，他在奥伯林学院念大学，对物理学产生了浓厚的兴趣。从奥伯林学院毕业后，密立根一边继续教书，一边自学，并获得了博士学位。1896年，密立根成为芝加哥大学教授。

一天，密立根读到了介绍汤姆逊1897年发现电子的论文时，受到了极大的启发，他决心以基本电荷的测定为出发点，开始进行科学研究。密立根用镭作为电离剂，代替X射线，结果有了新的进展。1908年，在美国物理学会年会上，密立根宣读了他的论文。当时，在科学家里很有名气的卢瑟福非常赞同密立根的工作，并给他以指点。

能得到卢瑟福的鼓励，密立根更加信心百倍。1909年春夏之际，密立根的实验有了进展，并启发他设想对单个液滴进行测量。在随后的实验中，密立根发明了水珠平衡法。

密立根曾以油滴实验精确地测得出基本电荷的电荷量e的值。

1909年，他用水珠平衡法测量电子电荷，年底发表结果，得e＝4.65×10-10esu（esu为静电单位）。同年8月，英国科学促进会在加拿大召开年会。这次会议之后，密立根了解到自己的工作处于科学的最前沿，是亟待解决的问题。他因此下决心解决这个问题。在返回芝加哥的火车途中，密立根突然来了灵感——他想到了可以用钟表油来做液粒，因为钟表油是几乎一点也不蒸发的。

密立根（右一）与其他科学家在一起。

刚一回到芝加哥，密立根就请技师做了一个空气电容器，用两块22厘米直径的圆铜板、三块绝缘的石英柱放在平板的外缘。在上板的中心钻了半毫米的小孔，让喷雾器喷出的油滴可以经小孔进入平板之间，平板上加上可以随意调节大小的电压。这就是密立根油滴仪最早的设计。

1909年12月至1910年5月，密立根与他另一名学生弗雷切尔用油（或甘油和汞）做了近200颗油滴的平衡实验。他们宣称，在所有情况下液滴从空气中捕获的电荷都是最小电荷的整数倍。综合所有数据，并对斯托克斯定律进行修正，得到电子电荷的平均值。

1910年以后，密立根在平衡油滴法的基础上，进一步改进实验方法。他让油滴在电场力和重力的共同作用下，上上下下的运动。如果用X射线或镭照射油滴，使油滴所带电量发生改变，就会看到油滴的速度突然发生变化，从而求出电荷量改变的差值。

密立根进一步研究了斯托克斯定律的有效性，并作了修正，1913年，他终于从油滴实验中测定了电子的电荷值。密立根的结论发表后，惊动了整个美国，他一下子成了科学界名人。油滴实验设计巧妙、原理清楚、设备简单、结果准确，因而被誉为物理实验的典范。

学海拾贝

密立根以精确的数值最终结束了关于对电子电荷离散性的争论，并使许多物理常数的计算获得了较高的精度。1923年，密立根因对基本电荷和光电效应的杰出成就，获得了诺贝尔物理学奖。