普物实验七 液体粘滞系数的测量 2010级用new

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1、大学物理实验讲义之七2010级公共普物用液体粘滞系数的测量（落球法）[实验目的]根据斯托克斯公式用落球法测定蓖麻油的粘度系数。[仪器和用具]FB328A型液体粘滞系数仪，FB213A型数显计时计数毫秒仪，游标卡尺（0.02mm），温度计，小球5个，镊子，蓖麻油，酒精，烧杯。[实验原理]当半径为r的光滑圆球，以速度ν在均匀的无限宽广的液体中运动时，若速度不大，球也很小，在液体中不产生涡流的情况下，斯托克斯指出，球在液体中所受到的阻力F为F=6πηνr…………………………①式中η为液体的粘度，此式称为斯托克斯公式，从上式可

2、知，阻力F的大小和物体运动速度成正比例。当质量为m，体积为V的小球在密度为ρ0的液体中下落时，作用在小球上的力有三个，即：（1）重力mg，（2）液体的浮力ρ0Vg，（3）液体的粘性阻力6πηνr。如图（一）所示，这三个力都作用在同一铅直线上，重为向下，浮力和阻力向上。球刚开始下落时，速度ν很小，阻力不大，小球作加速下降，随着速度的增加，阻力逐渐加大，速度达一定值时，阻力和浮力之和将等于重力，那时物体运动的加速度等于零，小球开始匀速下落，即mg=ρ0Vg+6πηνr此时的速度称为终极速度。由此式可得(mV)g6

3、r1大学物理实验讲义之七2010级公共普物用4343若小球的密度为ρ1，将mr1，Vr代入上式得3322r()g10…………………②9由于液体在容器中，而不满足无限宽广的条件，这时实际测得的速度ν0和上式中的理想条件下的速度ν之间存在如下关系：rr(12.4)(13.3)…………③0Rh式中R为盛液体圆筒的内半径，h为筒中液体的深度，将③式代入②式得22r()g10………④rr9(12.4)(13..3)0Rh其次，斯托克斯公式是假设在无涡流的理想状态下导出的。实际小球

4、下落时不能是这样理想状态，因此还要进行修正。（流体流动时的惯性力Fg和粘性力(内摩擦力)Fm之比称为雷诺数。雷诺数就是表征流体流动特性的一个重要参数。用符号Re表示。）已知在这时的雷诺数Re为2r00Re……………………⑤当雷诺数不甚大（一般在Re<10）时，斯托克斯公式修正为3192F6r(1ReRe)…⑥161080则考虑此项修正后的粘度测得值η0等于31921(1ReRe)……⑦0161080实验时，先由④式求出近似值η，用此η代入⑤式求出Re，最后由⑦式求出最佳值η0。[实验内容

5、及步骤]1、实验准备工作：如图（二），清洗要使用的量筒。用游标卡尺测出圆筒的内直径D，再求出内半径R，测5次求平均值；用游标卡尺测出5个小钢球的直径，求出小球的半径，再求半径的平均值。往量筒内加入蓖麻油备用（倒油时应把油筒倾斜，缓慢地沿着筒壁将油导入，防止在油中出现大量气泡）。粘度系数测定仪的调整：(1)调整底盘水平，在仪器横梁中间部分放重锤部件，调节底盘旋钮，使重锤对准底盘的中心圆点。(2)将实验架上的上下两个激光器接通电源，可看见其发出红色激光束。调节上下两个激光器，使其红色激光束平行地对准铅垂线。(3)收回重锤部

6、件，在实验架上放上钢球导管，将盛有被测液体的量筒2大学物理实验讲义之七2010级公共普物用放置到实验架底盘中央，使其中心点位于导管底端正下方。调整量筒位置和两个激光接收器的位置确保接收器能接收到红色激光束。(4)按动仪器的功能按钮直至“计时”指示灯点亮。(5)将小球放入钢球导管，看其下落过程能否阻挡光线，若不能，适当调整量筒和激光器位置，直到小球下落时能依次挡住两束光线。2、测量液体温度θ1。3、用激光光电门与电子计时仪器测量下落小球的均匀运动速度（终极速度）。(1)从立柱刻度尺读取上下两个激光束的位置，计算它们之间的

7、距离l。(2)将小球放入导管，当小球落下，阻挡上面的红色激光束时，光线受阻，此时计时仪器开始计时，到小球下落到阻挡下面的红色激光束时，计时停止，读出下落时间，重复测量5次。4、测量液体温度θ2。5、整理实验仪器,：将实验中使用过的仪器清洗干净、摆放整齐，清洁桌面及周围地板。6、对所测量的数据进行处理，求出蓖麻油的粘滞系数η0及标准不确定度U（η）。（按②式考虑即可，补正项的不确定度一般不大，可以略去不计）[数据记录]3333钢球密度ρ1=7.86×10Kg/m，蓖麻油密度ρ0=0.95×10Kg/m。1、测小钢球的直径

8、d（单位：mm）测量次数12345平均测量量dr=d/22、测量筒内直径D，读出油的深度h、N1与N2的距离l(单位：mm)测量次数12345平均测量量DR=D/2h=l=x2-x1=-=3、θ1=℃，θ2=℃。4、测5个小球下落时通过N1N2的时间12345平均t(s)3大学物理实验讲义之七2010级公共普物用[数据处理]1、计