液体粘滞系数测定

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1、液体粘滞系数的测量与研究一实验目的1．了解用斯托克斯公式测定液体粘滞系数的原理，掌握其适用条件。2．学习用落球法测定液体的粘滞系数。3．熟练运用基本仪器测量时间、长度和温度。4．掌握用外推法处理实验数据。二实验仪器液体粘滞系数仪、螺旋测微器、游标卡尺、钢板尺、钢球、磁铁、秒表、温度计。三实验原理当物体球在液体中运动时，物体将会受到液体施加的与其运动方向相反的摩擦阻力的作用，这种阻力称为粘滞阻力，简称粘滞力。粘滞阻力并不是物体与液体间的摩擦力，而是由附着在物体表面并随物体一起运动的液体层与附近液层间的摩擦而产生的。粘滞力的大小与液体的性质、物体的形状和运动

2、速度等因素有关。根据斯托克斯定律，光滑的小球在无限广延的液体中运动时，当液体的粘滞性较大，小球的半径很小，且在运动中不产生旋涡，那么小球所受到的粘滞阻力f为（1）式中d是小球的直径，v是小球的速度，为液体粘滞系数。就是液体粘滞性的度量，与温度有密切的关系，对液体来说，随温度的升高而减少（见附表）。本实验应用落球法来测量液体的粘滞系数。小球在液体中做自由下落时，受到三个力的作用，三个力都在竖直方向，它们是重力、浮力、粘滞阻力f。开始下落时小球运动的速度较小，相应的阻力也小，重力大于粘滞阻力和浮力，所以小球作加速运动。由于粘滞阻力随小球的运动速度增加而逐渐增

3、加，加速度也越来越小，当小球所受合外力为零时，趋于匀速运动，此时的速度称为收尾速度，记为v0。经计算可得液体的粘滞系数为（2）式中是液体的密度，是小球的密度，g是当地的重力加速度。可见，只要测得，即可由（2）式得到液体的粘滞系数。但是注意，上述推导包括（1）、（2）式都在特定条件下方才适用，通过对实验仪器和实验方法的设计，这些条件大多数都可以满足或近似满足，唯独“无限广延”在实验中是无法实现的。因此，为了准确测出液体的粘滞系数，我们需要进一步对实验进行设计，下面将分别在实验上采用外推法和在理论上对计算公式进行修正进行测量，这些方法体现了实验手段和理论手段

4、在物理实验中的作用和特点，同时反映出针对同一个问题如何在实验中层层深入，不断提高测量结果的准确程度，而这正是物理学实验的魅力所在。四实验内容1、液体横向和纵向“无限广延”之外推法测量蓖麻油的粘滞系数采用直径最小的刚球，在不同的液体深度下（约4个深度l值），分别测量4个管子中小球下落液体高度h（15cm左右，具体数据需要测量）所用的时间（选择5-6个刚球在同一个管子中下落，记录每个小球下落时间，该过程不可打捞落入液体中的刚球，否则会改变液体的流动状态）。2、小球半径无限小之外推法测量蓖麻油的粘滞系数在保证所用管子直径最大和所装液体最深时，利用直径不同的小球

5、测量其在液体中下落高度h所需的时间。3、利用理论修正公式测量和计算蓖麻油的粘滞系数本次试验采用的出修正公式：其中实验数据选取管子的直径D最大，液体的深度l最深，小球的半径r最小的一组数据。雷诺数为：其中是液体密度，是物体运动速度或流体稳定流速，是运动物体的线性尺度，对本实验而言即小球直径，是液体的粘滞系数。五实验数据记录与处理1、实验数据记录表1小钢球直径d=0.001mm单位：mm次数直径12345平均1.9851.9902.0002.0031.9871.9930.0080.0030.0070.0100.0060.0072.4822.4852.4812

6、.4852.4782.48200.0030.0010.0030.0050.0022.9702.9802.9842.9742.9722.9760.0060.0040.0080.0020.0040.0053.4883.5003.4863.4983.4963.4940.0060.0060.0080.0040.0020.0053.9813.9873.9753.9783.9743.9770.0040.0100.0020.0010.0030.004表2各管子直径D单位：mm次数直径1234平均20.4020.1820.3620.3420.320.049210.080

7、.140.040.020.0725.1625.4425.0025.2025.200.039680.040.240.2000.1237.5437.5037.4837.4837.500.026670.0400.020.020.0248.7848.7049.0048.8248.820.020480.040.120.1800.08表3各管子上两刻线间的距离h单位：mm次数距离h12345平均151.0150.5150.2150.4150.6h=150.260.740.240.060.140.34149.0150.2150.5150.1150.21.260.060

8、.240.160.06150.0150.5150.4150.1149.5=0.3