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时间:2020-05-10
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1、实验一落球法测液体的粘滞系数粘滞系数是液体的重要性质之一,它反映液体流动行为的特征.粘滞系数与液体的性质,温度和流速有关,准确测量这个量在工程技术方面有着广泛的实用价值.如机械的润滑,石油在管道中的传输,油脂涂料,医疗和药物等方面,都需测定粘滞系数.测量液体粘滞系数方法有多种,落球法(又称Stokes法)是最基本的一种,它可用于测量粘度较大的透明或半透明液体,如蓖麻油,变压器油,甘油等.【实验目的】1.学习和掌握一些基本物理量的测量;2.学会落球法测定液体的粘滞系数.【实验原理】一个在液体中运动的物体会受到一个与其速度反方向的摩擦力,这个力的
2、大小与物体的几何形状、物体的速度以及液体的内摩擦力有关.液体的内摩擦力可用粘滞系数h来表征.对于一个在无限扩展液体中以速度v运动的半径为r的球形物体,斯托克斯(G.G.Stokes)推导出该球形物体受到的摩擦力即粘滞力为(1)当一个球形物体在液体中垂直下落时,它要受到三种力的作用,即向上的粘滞力F1、向上的液体浮力F2和向下的重力F3.球体受到液体的浮力可表示为(2)26上式中r1为液体的密度,g为重力加速度.球体受到的重力为(3)式中r2为球体的密度.当球体运动某一时间后,上述三种力将达到平衡,即(4)此时,球体将以匀速v运动(v也称为收尾
3、速度).因此,可以通过测量球体的下落速度v来确定液体的粘滞系数:(5)这里v可以从球体下落过程中某一区间距离s所用时间t得到,这样粘滞系数为(6)在实际测量中,液体并非无限扩展,且容器的边界效应对球体受到的粘滞力有影响,因此公式(1)需要考虑这些因数做必要修正.对于在无限长,半径为R的圆柱形液体轴线上下落的球体,修正后的粘滞力为(7)这样公式(6)变为26(8)图1液体中小球受力分析图如果考虑到圆柱形液体的长度L并非无限长,还有r/L量级的进一步修正.【实验仪器】261:钢球导管;2:半导体激光器;3:三维调节支架4:蓖麻油;5:量筒图2落球
4、法粘滞系数测定仪示意图落球法粘滞系数测定仪(见图2)、小钢球、蓖麻油、米尺、液晶数显千分尺、游标卡尺、液体密度计、电子天平、电子秒表和温度计等.【实验内容】1.调整粘滞系数测定仪(1)调整底盘水平,在底盘横梁上放重锤部件,调节底盘旋纽,使重锤对准底盘的中心圆点;(2)将实验架上的上,下二个激光器接通电源,可看见其发出红光.调节上、下二个激光器,使其红色激光束平行,并对准锤线;(3)收回重锤部件,将盛有被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;26(4)在实验架上放上钢球导管;(5)将小球放入钢球导管,看其是否能挡阻光线,若不
5、能,则适当调整激光器位置.2.测量下落小球的匀速运动速度(1)测量上、下二个激光束之间的距离;(2)放小球入钢球导管,当小球落下,阻挡上面的红色激光束时,光线受阻,此时用秒表开始计时,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6次以上.3.测量小钢球的密度r2(1)用电子天平测量小钢球的质量m,测量一次;(2)用千分尺测其直径d,测量十次,计算平均值;(3)计算小钢球的密度r2.4.用液体密度计测量蓖麻油的密度r1(单次测量).用游标卡尺测量量筒的内径D(测量六次).用温度计测量液体温度(液体粘滞系数随温度变化很快,
6、因此需要标明测量是在什么温度下进行的.).5.用公式(8)计算h值,h值保留三位有效数据,h的单位为kg·m-1·s-1.6.用滚筒法测量蓖麻油的粘滞系数,根据落球法的测量结果和仪器说明书,选择合适的转子和转速。【注意事项】实验时动作仔细,不要让油洒到实验台上.26【思考题】1.如何判断小球达到匀速运动状态?2.仔细观察液体密度计的结构,说明它的工作原理.26
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