液体粘滞系数的测量1.doc

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：
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】
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20.00cm），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。
【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，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)9.939.789.919.859.839.85
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：
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

所以：

【实验教学指导】
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。
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亮。
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。
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，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