落球法测量液体粘滞系数.doc

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1、落球法测量液体的粘滞系数实验报告一、问题背景液体流动时，平行于流动方向的各层流体速度都不相同，即存在着相对滑动，于是在各层之间就有摩擦力产生，这一摩擦力称为粘滞力（或粘滞系数），它的方向平行于接触面，其大小与速度梯度及接触面积成正比，比例系数η称为粘度，它是表征液体粘滞性强弱的重要参数。液体的粘滞系数和人们的生产，生活等方面有着密切的关系，比如医学上常把血粘度的大小做为人体血液健康的重要标志之一。又如，石油在封闭管道中长距离输送时，其输运特性与粘滞性密切相关，因而在设计管道前，必须测量被输石油的粘度。测量液体粘度可用落球法，毛细管法，转筒法等方法，其中落球法适用于测量粘度较高的透

2、明或半透明的液体，比如：蓖麻油、变压器油、甘油等。二、实验目的1．学习和掌握一些基本物理量的测量。2．学习激光光电门的校准方法。3．用落球法测量蓖麻油的粘滞系数。三、实验仪器DH4606落球法液体粘滞系数测定仪、卷尺、螺旋测微器、电子天平、游标卡尺、钢球若干。四、实验原理处在液体中的小球受到铅直方向的三个力的作用：小球的重力（为小球质量）、液体作用于小球的浮力（是小球体积，是液体密度）和粘滞阻力（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情况下，有F=6πηrv（1）上式称为斯托克斯公式，其中是小球的半径；称为液体的粘度，其单位是。小球在起初下落时，由于速度

3、较小，受到的阻力也就比较小，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mg=ρgV+6πηv0r（2）此时，小球将以作匀速直线运动，由（2）式可得：η=(m-Vρ)g6πv0r（3）令小球的直径为，并用，，代入（3）式得η=(ρ'-ρ)gd2t18l（4）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。实验过程中，待测液体放置在容器中，故无法满足无限深广的条件，实验证明上式应进行如下修正方能符合实际情况：η=(ρ'-ρ)gd2t18l∙11+2.4dD1+1.6dH（5）其中为容器内径，为液柱高度。当小球的密度较大，直径不是太小，而液体的粘

4、度值又较小时，小球在液体中的平衡速度会达到较大的值，奥西思-果尔斯公式反映出了液体运动状态对斯托克斯公式的影响：（6）其中，Re称为雷诺数，是表征液体运动状态的无量纲参数。（7）当Re<0.1时，可认为（1）、（5）式成立；当0.1

5、由（5）式计算粘度，再由（7）式计算，若需计算的的1级修正，则由（9）式计算经修正的粘度。在国际单位制中，的单位是Pa·s（帕斯卡·秒），在厘米，克，秒制中，的单位是P（泊）或cP（厘泊），它们之间的换算关系是：1Pa·s=10P=1000cP（10）五、实验内容1.测试架调整（1）将线锤装在支撑横梁中间部位，调整粘滞系数测定仪测试架上的三个水平调节螺钉，使线锤对准底盘中心圆点；（2）将光电门按仪器使用说明上的方法连接。接通测试仪电源，此时可以看到两光电门的发射端发出红光线束。调节上下两个光电门发射端，使两激光束刚好照在线锤的线上；（3）收回线锤，将装有测试液体的量筒放置于底盘上

6、，并移动量筒使其处于底盘中央位置；将落球导管安放于横梁中心，两光电门接收端调整至正对发射光（可参照上述测试仪使用说明校准两光电门）。待液体静止后，将小球用镊子从导管中放入，观察能否挡住两光电门光束（挡住两光束时会有时间值显示），若不能，适当调整光电门的位置。2．用温度计测量待测液体温度,当全部小球投下后再测一次液体温度，求其平均温度。3．用螺旋测微器测量20个小球的直径，求其平均值。4.计算的方差，去除不合格的小球，重新选择其他小球，重复3、4，直到所有小球合格。5．用电子天平测量20个小球的质量，求其平均质量。6.计算小球的密度。7．用卷尺测量光电门的距离；测量10次小球下落的

7、时间，并求其平均值时间。8．用游标卡尺测量量筒内径。9.测量液柱高度H。10．相关量代入公式（5），计算液体的粘滞系数，并与该温度下的粘滞系数相比较。不同温度下的蓖麻油的粘滞系数可参照附表1。参考：钢球平均密度：蓖麻油出厂密度：六、实验注意事项1、测量时，将小球用毛巾擦拭干净；2、等被测液体稳定后再投放小球；3、全部实验完毕后，将量筒轻移出底盘中心位置后用磁钢将钢球吸出，将钢球擦拭干净，以备下次实验用。七、实验记录小球的直径测量小球个数小球直径小球个数小球直径13.003112.