液体粘滞系数

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1、液体粘滞系数的测量【实验目的】1．观察液体中的内摩擦现象；2．掌握用落球法测粘滞系数的原理和方法；3．掌握基本测量仪器（千分尺、米尺、数字秒表等）的用法。【实验仪器】落球法粘滞系数测定仪(图1)、激光光电计时仪、蓖麻油、小钢球、千分尺、秒表等。【实验原理】如图2，当金属小球在粘性液体中下落时，它受到三个铅直方向的力：小球的重力、液体作用于小球的浮力（V为小球体积，为液体密度）和粘滞阻力F（其方向与小球运动方向相反）。如果液体无限深广，在小球下落速度较小的情况下，有：（1）上式称为斯托克斯公式，式中为液体的粘滞系数，单位是，为小

2、球的半径。图1落球法粘滞系数测定仪图2实验原理图小球开始下落时，由于速度尚小，所以阻力不大，但是随着下落速度的增大，阻力也随之增大。最后，三个力达到平衡，即：于是小球开始作匀速直线运动，由上式可得：7令小球的直径为，并用，，代入上式得：（2）其中为小球材料的密度，为小球匀速下落的距离，为小球下落距离所用的时间。实验时，待测液体盛于容器中，故不能满足无限深广的条件，实验证明上式应该进行修正。测量表达式为：其中为容器的内径。【实验内容及步骤】1．用千分尺测量小球的直径，共测5个球，每个球从不同的方向测量3次2.调整粘滞系数测量装置

3、及实验仪器(1)调整底盘水平，在仪器横梁中间部位放重锤部件，调节底盘旋钮，使重锤对准底盘的中心圆点。(2)将实验架上的两激光器接通电源，并进行调节，使其红色激光束平行对准锤线。(3)收回重锤部件，将盛有待测液体的量筒放置到实验架底盘中央，并在实验中保持位置不变。(4)在实验架上放上钢球导管。小球用酒精清洗干净，并用滤纸吸干。(5)将小球放入钢球导管，看其能否阻挡光线，如不能，则适当调整激光器位置。3.用温度计测量油温，在全部小球下落完后再测一次油温，取其平均值。4.测量上下两激光束之间的距离L（实验中距离L已经调定为20.00

4、cm），用钢尺在玻璃桶上量出800ml-200ml两刻线间的距离。5.将小球从支架导管中丢下，用电子秒表记录小球经过800ml-200ml两刻线间距离所用的时间，一共5个球。6.然后启动激光计时器，将小球放入钢球导管，当小球落下，阻挡上面的红色激光束，激光计时器开始记时，到小球落到阻挡下面的红色激光束时，停止记时，读出下落时间。（可能需要投比较多的小球）7.按要求整理好仪器。7【实验注意事项】1.读温度时不要将温度计提出瓶外2.小钢球沾上蓖麻油后，未用小毛巾擦干净前，禁止丢入导管内。3.实验结束后，用磁铁一次性将钢球全部吸出，

5、而后擦干净放回，中途不得吸取小球。（球不够向老师领取）4.实验中不要碰玻璃桶，否则要重新调整。【实验数据处理】蓖麻油密度：800-200ml间距小钢球密度：两激光束间距量筒内径：千分尺零点误差0.005mm实验温度19.2℃表一钢球直径及下落时间项目次数12345平均钢球直径d（mm）2.4982.4972.4982.4972.4962.4972.4962.4982.4972.4982.4972.4972.4982.4982.4962.498秒表计时（s）8.538.468.698.568.378.52计数器计时(s)9.93

6、9.789.919.859.839.85一、秒表计时的数据处理钢球直径d的不确定度：d的A类不确定度：；B类不确定度：d的合成不确定度：7所以：时间的不确定度：的A类不确定度：；B类不确定度：的合成不确定度：所以：另外取：电子秒表手动测量时激光计时器自动测量时粘滞系数的不确定度为：所以：二、计数器计时的数据处理7所以：【实验教学指导】1.用铅锤线调好激光器发射器位置后,一般不要再移动它们.将油筒放到底座正中后,若记时仪上的红灯不亮,适当上下、前后调整激光接受器位置即可。2.在实验过程中，不要碰动油筒，否则会导致记时仪上的红灯不

7、亮。3.判断小球下落过程中是否进入匀速状态，可在油筒液面下10厘米处和中部各选一段距离，用秒表分别纪录小球下落通过的时间，计算两段上的速度，看它们是否相等，若上段的速度较小，可将计时起点下移再测，直至两段上的速度相等时为止。4.用秒表计时时，不要坐在凳子上俯视，要蹲下来并注意眼睛平视800ml和200ml刻线，以避免视差。【实验随即提问】⑴在特定的液体中，当小球的半径减小时，它的收尾速度如何变化？当小球的密度增大时，又将如何变化？选择不同密度和不同半径的小球做实验时，对结果的影响如何？答：由得：由上可得r减小时，v减小；增大时

8、，v增大。由于斯托克斯定律成立的条件有以下5个方面：(1)媒质的不均一性与球体的大小相比是很小的；(2)球体仿佛是在一望无涯的媒质中下降；(3)球体是光滑且刚性的；(4)媒质不会在球面上滑过；(5)球体运动很慢，故运动时所遇的阻力系由媒质的粘滞性所致，而不是因球体运动所推向前