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1、2007年2月武警学院学报Feb.2007第23卷第2期JOURNALOFTHECHINESEPEOPLE’SARMEDPOLICEFORCEACADEMYVol.23No.2落球法测定液体粘滞系数实验的改进●刘晓彬(武警学院基础部,河北廊坊065000)摘要:针对测定液体粘滞系数实验中所存在的问题,对小球下落时间的测量方法提出了改进,以提高实验精度,减小实验误差。关键词:粘滞系数;实验;误差;方法改进中图分类号:O4-33文献标识码:A文章编号:1008-2077(2007)02-0091-031引言尾速度,记为v0。经计
2、算可得液体的粘滞系数为η=2测量液体粘滞系数方法有多种,如落球法、转筒(ρ-ρ)0gd。但是,“无限广延”的条件在实验中是法、毛细管法等,其中落球法是最基本的一种,多管18v0法又是其中一种。它是使用落球法测出小球下落时无法实现的,为了测得v0,实验采用外推作图法来求间,应用作图法结合外推法处理数据的方法,具有原v0。实验中采用多管的液体粘滞系数仪,如图1所理简单,实验方法设计巧妙,仪器简单,操作方便,实示。验成本低,损耗小等优点,非常适合学生进行相关方面的实验。实验过程中,由于小球直径很小,操作方法不当,外界因素对温度等测
3、量环境的影响,往往造成实验结果误差较大。我们需要在实验过程中,适当改进实验仪器和实验方法,以减小实验测量误差,提高测量结果的精确度。2实验方法图1多管液体粘滞系数仪根据斯托克斯定律,光滑的小球在无限广延的用一组直径D不同的装有待测液体的管子,安液体中运动时,当液体的粘滞性较大,小球的半径很装在同一水平底板上,每个管子上两刻线间的距离小,且在运动中不产生旋涡,那么小球所受到的粘滞S均相等。依次测出小球通过管中的两刻线间所需阻力f为f=-3πηvd。我们一般应用落球法来测量液的时间ti,以t为纵坐标轴,以1/D为横坐标轴,根据体
4、的粘滞系数。小球在液体中作自由下落时,受到三实验数据作出直线,延长该直线与纵轴相交,其截距个力的作用,三个力都在垂直方向,即重力ρgv、浮为t0,就是当D→∞时,即在“无限广延”的液体中,力ρ0gv、粘滞阻力f。开始下落时小球运动的速度S小球匀速下落通过S所需时间。所以有v0=,代入较小,相应的阻力也小,重力大于粘滞阻力和浮力,t02所以小球作加速运动。由于粘滞阻力随小球的运动(ρ-ρ0)gd公式η=就能求出液体的粘滞系数。速度增加而逐渐增加,加速度也越来越小,当小球所18v0受合外力为零时,趋于匀速运动,此时的速度称为收收
5、稿日期:2006-08-28作者简介:刘晓彬(1975—),女,河北廊坊人,讲师。·91·《武警学院学报》2007年第2期(总第128期)·基础科研·3问题分析及改进方法管子的轴线方向。而且如果取放小球工具不当,会通过多次实验测量与分析,笔者发现,落球法测导致小球释放到管子中时,下落轨迹偏离轴线,从而定液体粘滞系数实验中,主要实验误差来源于在测增加管壁对小球运动状态的影响,产生很大误差。量过程中,小球在管子中下落时间的计时过程存在甚至有时由于操作失误,小球不能保证由静止开始误差。而产生小球下落时间测量误差的因素主要有下落,下
6、落时带有水平初速度,这就更造成了许多不以下几方面:必要的误差。3.1观测者对小球下落经过刻线时位置判断不准我们将取放小球工具改成使用滴管来将小球吸确,造成计时不准入,释放时只需使小球和液体同时在滴管口形成液实验中为了保证小球半径远远小于管子直径,滴,使之轻触待测管子的液面(这时需要注意不要所用小球直径很小。在小球下落中,学生操作稍有有释放的初速度),小球就可沿着预定路线自由下疏忽,或者任何外力干扰,都会造成在小球真正经过落了,不会再产生不必要的水平初速度,而且操作简刻度线时,学生没能及时开始计时或停止计时,即人单快捷。为测量
7、误差较大。虽然可以通过使用光电感应装置为了简单易行的确定管子轴线位置,我们在操来代替人工计时,但必须加大小球的尺度,以达到光作中,在管子的水平底板上画了一些直线,俯视图如电仪器的敏感度。为了保证小球半径远远小于管子图3。学生进行实验时,首先必须先调节好仪器底直径,小球尺度的增大,势必造成管子尺度的相应增座水平,然后将头置于待测管子正上方,俯视管子大,这样虽然减小了相关读数误差,又会增加系统误时,可以看到直线交叉在管子横截面的圆心位置,对差。准这个位置释放小球,可以简单易行的保证了小球为了既不增大小球直径,又能够尽可能的减小下
8、落运动时沿着管子的轴线方向。人为读数误差,我们将管子的管壁作了一个改进,如图2所示,在每个管子的刻线处,增加了一个凸透镜。通过这个凸透镜来观察测量,可以对待测物进行放大。这样每当小球下落经过刻线时,由于其尺度被放大,使学生可以仔细观察,能够做到在小球底部恰好到达刻线时开始和停止计时;又由于
