落球法测液体粘滞系数

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1、中国民航大学物理实验论文等厚干涉班级：076041A专业：中欧航空工程师学院姓名：黄松学号：071142111邮箱：huangcauc@yeah.net联系电话：137527392042010年7月落球法测液体的粘滞系数班级：B姓名：黄松学号：071142111【摘要】：本文通过深入分析物理实验“用落球法求液体的粘滞系数”的实验原理和实验过程，总结此实验的适用范围和注意事项，对实验结果进行误差分析，并提出此实验的改进意见和创新见解。【Abstract】：ThispaperhasanalyzedthetheoryandtheprocessoftheMeasur

2、ementofViscosityCoefficientwiththeMethodofFallingBalls.Anditalsosumsupthescopeandprecautionsofthisexperiment.Theerroranalysisofexperimentalresultsandinnovationopinionsinthisexperimentaregivenatthesametimeinthisarticle.【关键词】：落球法粘滞系数斯托克斯公式误差分析【Keywords】methodoffallingballs;viscosityc

3、oefficient;formulaofStokes;erroranalysis<一>实验原理有关液体中物体运动的问题，19世纪物理学家斯托克斯（GeorgeGabrielStokes）建立了著名的流体力学方程组“斯托克斯组”，它较为系统地反映了流体在运动过程中质量，动量，能量之间的关系：一个在液体中运动的物体所受力的大小与物体的几何形状、速度以及液体的内摩擦力有关。也就是说，当液体稳定流动时，流速不同的各流层之间所产生的层面切线方向的作用力即为粘滞力（或称内摩擦力）。其大小与流层的面积成正比，与速度的梯度成正比，即：（1）式中比例系数η即为该液体的粘滞系数

4、。粘滞系数决定于液体的性质和温度。温度升高，粘度将迅速减小。例如对于蓖麻油，在室温附近温度改变1˚C，粘度值改变约10%。因此，测定液体在不同温度的粘度有很大的实际意义，欲准确测量液体的粘度，必须精确控制液体温度在此试验的原理中，我们试图创造一个无限广延的且无旋涡的流体环境，从而满足斯托克斯定律，即半径为r的圆球，以速度v在粘滞系数为η的液体中运动时，圆球所受液体的粘滞阻力大小为：（2）圆球在液体中下落时，受到重力、浮力和粘滞阻力的作用，由斯托克斯定律知粘滞阻力与圆球的下落速度成正比，当粘滞阻力与液体的浮力之和等于重力时，圆球所受合外力为零，圆球此

5、后将以收尾速度匀速下落。由此得到：（3）式中：ρ为圆球密度，ρ0为液体密度，d为圆球直径，v0为圆球的收尾速度。ＦｆＰLHD需要注意的是，我们不能直接利用上式进行实验。因为实验中无法满足公式中液体为无限广延的条件。所以在实验中，圆球是在半径为R的圆筒内运动，如果只考虑筒壁对圆球运动的影响，则应将斯托克斯定律修正为：（4）从而得到：（5）此式即为落球法测粘滞系数的实验公式。式中：D为圆筒直径，K为修正系数通常取2.4（也有取2.1）。<二>实验过程【实验目的】：1．用落球法测量不同温度下蓖麻油的粘滞系数2．掌握用落球法测粘滞系数的原理和方法；3．掌握基本测量仪

6、器包括温控试验仪、千分尺、米尺、数字秒表的用法。【实验仪器】：温控实验仪，量筒，游标卡尺，米尺，读数显微镜，温度计，停表小钢球若干本温控试验仪内置微处理器，带有液晶显示屏，具有操作菜单化，能根据实验对象选择PID参数以达到最佳控制，能显示温控过程的温度变化曲线和功率变化曲线及温度和功率的实时值，能存储温度及功率变化曲线，控制精度高等特点。【实验步骤】：1、首先调节盛有蓖麻油量筒的底座螺丝,观察底座上的水准泡,是底座水平,以保证量筒铅直；2、用游标卡尺测量圆筒的内径D共3次，取平均值;3、取五颗小钢球，用读数显微镜测量其直径d。每颗小球至少测取3次数据，然后分

7、别算出平均值（编号分别为d1、d2、d3、d4、d5）待用;4、用镊子夹住小钢球先在油中浸润，然后在量筒轴线并靠近液面处释放小球，用停表测出小球匀速下落经过两根刻度线间的距离l所需要的时间t，则u0=l/t（用五个小球分别测量)。每个小球下落3次，测3个t取平均，然后再做另一个球，直到把5个球做完;5、将以上各测量的平均值代入公式计算粘滞系数的平均值;6.对量筒内的蓖麻油进行加热,在不同温度下重复进行步骤4,并分别测出其相应温度下的粘滞系数;7.将实验结果填入表格并进行数据处理.<三>实验结果及误差分析室温=21℃钢球密度=7.8g/m3液体密度=0.95g

8、/m3量筒内径D=(2.260+2,246+2.20