落球法測液體的粘滯系數(shù)——大物實驗VIP

1、實驗一 落球法測液體的粘滯系數(shù)粘滯系數(shù)是液體的重要性質(zhì)之一，它反映液體流動行為的特征粘滯系數(shù)與液體的性質(zhì)，溫度和流速有關(guān)，準(zhǔn)確測量這個量在工程技術(shù)方面有著廣泛的實用價值如機(jī)械的潤滑，石油在管道中的傳輸，油脂涂料，醫(yī)療和藥物等方面，都需測定粘滯系數(shù)測量液體粘滯系數(shù)方法有多種，落球法（又稱Stokes法）是最基本的一種，它可用于測量粘度較大的透明或半透明液體，如蓖麻油，變壓器油，甘油等【實驗?zāi)康摹?學(xué)習(xí)和掌握一些基本物理量的測量；2學(xué)會落球法測定液體的粘滯系數(shù)【實驗原理】一個在液體中運動的物體會受到一個與其速度反方向的摩擦力，這個力的大小與物體的幾何形狀、物體的速度以及液體的內(nèi)摩擦力有關(guān)液體的內(nèi)摩

2、擦力可用粘滯系數(shù)h 來表征對于一個在無限擴(kuò)展液體中以速度v運動的半徑為r的球形物體，斯托克斯（G.G. Stokes）推導(dǎo)出該球形物體受到的摩擦力即粘滯力為（1）當(dāng)一個球形物體在液體中垂直下落時，它要受到三種力的作用，即向上的粘滯力F1、向上的液體浮力F2和向下的重力F3球體受到液體的浮力可表示為（2）上式中r 1為液體的密度，g為重力加速度球體受到的重力為（3）式中r 2為球體的密度當(dāng)球體運動某一時間后，上述三種力將達(dá)到平衡，即（4）此時，球體將以勻速v運動（v也稱為收尾速度）因此，可以通過測量球體的下落速度v來確定液體的粘滯系數(shù)：（5）這里v可以從球體下落過程中某一區(qū)間距離s所用時間t得到

3、，這樣粘滯系數(shù)為（6）在實際測量中，液體并非無限擴(kuò)展，且容器的邊界效應(yīng)對球體受到的粘滯力有影響，因此公式（1）需要考慮這些因數(shù)做必要修正對于在無限長，半徑為R的圓柱形液體軸線上下落的球體，修正后的粘滯力為（7）這樣公式（6）變?yōu)椋?）圖1 液體中小球受力分析圖如果考慮到圓柱形液體的長度L并非無限長，還有r/L量級的進(jìn)一步修正【實驗儀器】1：鋼球?qū)Ч埽?：半導(dǎo)體激光器；3：三維調(diào)節(jié)支架4：蓖麻油；5：量筒圖2 落球法粘滯系數(shù)測定儀示意圖落球法粘滯系數(shù)測定儀（見圖2）、小鋼球、蓖麻油、米尺、液晶數(shù)顯千分尺、游標(biāo)卡尺、液體密度計、電子天平、電子秒表和溫度計等【實驗內(nèi)容】1調(diào)整粘滯系數(shù)測定儀（1）調(diào)整

4、底盤水平，在底盤橫梁上放重錘部件，調(diào)節(jié)底盤旋紐，使重錘對準(zhǔn)底盤的中心圓點；（2）將實驗架上的上，下二個激光器接通電源，可看見其發(fā)出紅光調(diào)節(jié)上、下二個激光器，使其紅色激光束平行，并對準(zhǔn)錘線；（3）收回重錘部件，將盛有被測液體的量筒放置到實驗架底盤中央，并在實驗中保持位置不變；（4）在實驗架上放上鋼球?qū)Ч埽唬?）將小球放入鋼球?qū)Ч埽雌涫欠衲軗踝韫饩€，若不能，則適當(dāng)調(diào)整激光器位置2測量下落小球的勻速運動速度（1）測量上、下二個激光束之間的距離；（2）放小球入鋼球?qū)Ч埽?dāng)小球落下，阻擋上面的紅色激光束時，光線受阻，此時用秒表開始計時，到小球下落到阻擋下面的紅色激光束時，計時停止，讀出下落時間，重復(fù)測量6次以上3測量小鋼球的密度r 2（1）用電子天平測量小鋼球的質(zhì)量m，測量一次；（2）用千分尺測其直徑d，測量十次，計算平均值；（3）計算小鋼球的密度r 24用液體密度計測量蓖麻油的密度r 1（單次測量）用游標(biāo)卡尺測量量筒的內(nèi)徑D（測量六次）用溫度計測量液體溫度（液體粘滯系數(shù)隨溫度變化很快，因此需要標(biāo)明測量是在什么溫度下進(jìn)行的）5用公式（8）計算h 值，h 值保留三位有效數(shù)據(jù)，h 的單位為kg·m-1·s-16用滾筒法測量蓖麻油的粘滯系數(shù)，根據(jù)落球法的測量結(jié)果和儀器說明書，選擇