落球法测液体的粘度系数ppt课件.ppt

苏州大学物理实验教学中心力热学实验实验目的实验原理实验内容注意事项思考题落球法测液体的粘度系数苏州大学物理实验教学中心力热学实验 当液体流动时，平行于流动方向的各层流体速当液体流动时，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。间就有摩擦力产生，这一摩擦力称为粘滞力。 粘滞力的方向平行于接触面，其大小与速度梯粘滞力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。比例系数度及接触面积成正比。比例系数称为粘滞系数称为粘滞系数（或粘度），粘滞系数与液体的性质，温度和流（或粘度），粘滞系数与液体的性质，温度和流速有关，它是表征液体粘滞性强弱的重要参数。速有关，它是表征液体粘滞性强弱的重要参数。苏州大学物理实验教学中心力热学实验 液体粘滞性的测量是非常重要的，对液体粘滞液体粘滞性的测量是非常重要的，对液体粘滞性的研究在医疗、航空、水利、机械润滑和液性的研究在医疗、航空、水利、机械润滑和液压传动等领域有广泛的应用。压传动等领域有广泛的应用。 例如，现代医学发现，许多心血管疾病都与血液粘度例如，现代医学发现，许多心血管疾病都与血液粘度的变化有关。石油在封闭管道中长距离输送时，其输的变化有关。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。测量被输石油的粘度。测定可以有多种方法，如落球法、转筒法、阻测定可以有多种方法，如落球法、转筒法、阻尼法、泊肃叶法等，本实验采用落球法。尼法、泊肃叶法等，本实验采用落球法。苏州大学物理实验教学中心力热学实验1.观察液体的内摩擦现象；观察液体的内摩擦现象；2.掌握用落球法测液体的粘度系数的原掌握用落球法测液体的粘度系数的原理和方法；理和方法；3.测定蓖麻油的粘滞系数。测定蓖麻油的粘滞系数。【实验目的】苏州大学物理实验教学中心力热学实验苏州大学物理实验教学中心力热学实验 如果一小球在液体中下落，由于附着于球面的如果一小球在液体中下落，由于附着于球面的液层与周围其他液层之间存在着相对运动，因此小液层与周围其他液层之间存在着相对运动，因此小球受到粘滞阻力，它的大小与小球下落的速度有关。球受到粘滞阻力，它的大小与小球下落的速度有关。 根据斯托克斯定律，小球所受到的粘滞阻力根据斯托克斯定律，小球所受到的粘滞阻力f 为为:dvrvf36 式中式中d是小球的直径，是小球的直径，v是小球的速度，是小球的速度，为液体粘为液体粘滞系数。滞系数。 斯托克斯定律要求液体是无限广延的且无旋涡产生。斯托克斯定律要求液体是无限广延的且无旋涡产生。故所用的小球是光滑的，而且半径应当适当小。故所用的小球是光滑的，而且半径应当适当小。【实验原理】苏州大学物理实验教学中心力热学实验 小球在液体中作自由下落时，受到小球在液体中作自由下落时，受到三个力的作用，且都在竖直方向：重三个力的作用，且都在竖直方向：重力力mg、浮力、浮力gV 和粘滞阻力和粘滞阻力f 。 开始下落时小球运动速度较小，相开始下落时小球运动速度较小，相应的阻力也小，重力大于粘滞阻力和应的阻力也小，重力大于粘滞阻力和浮力，所以小球作加速运动。由于粘浮力，所以小球作加速运动。由于粘滞阻力随小球的运动速度增加而逐渐滞阻力随小球的运动速度增加而逐渐增加，加速度越来越小，最后，三个增加，加速度越来越小，最后，三个力达到平衡，即：力达到平衡，即：Vgvdmg 3mgfgV苏州大学物理实验教学中心力热学实验vgd )(vdg)Vm(18320 其中其中和和0分别是液体和小球的密度，分别是液体和小球的密度，d 为小球为小球的直径，的直径，g是当地的重力加速度。是当地的重力加速度。03061dVm 对于小球又有：苏州大学物理实验教学中心力热学实验小球是在内径为小球是在内径为D，液体高度为，液体高度为h的管中下的管中下落，不能满足无限宽广的条件，因此，对落，不能满足无限宽广的条件，因此，对上式要加以实际条件的修正。上式要加以实际条件的修正。当当D远大于远大于d时，考虑到实验中直接测量量时，考虑到实验中直接测量量是小球的直径是小球的直径d和匀速时一定的下落高度和匀速时一定的下落高度N1N2及所用时间及所用时间t，则上式变为：，则上式变为：)D/d.(NNtgd)(421182120 1. . 单管法单管法（1）苏州大学物理实验教学中心力热学实验 依次测出同一小球经过一组不同内径的圆筒中依次测出同一小球经过一组不同内径的圆筒中同样距离所用的时间同样距离所用的时间t，再作，再作(d/D)t曲线，对大量曲线，对大量的实验数据进行线性拟合可发现，该曲线为一直线，的实验数据进行线性拟合可发现，该曲线为一直线，延长该直线与纵轴延长该直线与纵轴(t轴轴)相交，其截距相交，其截距to就是就是D 时，时，即在无限广延的液体中小球匀速下落通过所用的时即在无限广延的液体中小球匀速下落通过所用的时间，测出间，测出d、D、 和和 ( 、g由实验室给出由实验室给出)，算出算出v=代入下式就可算出粘度系数代入下式就可算出粘度系数2. . 多管法多管法O21NNotNN212102018NNtgd)( （2）苏州大学物理实验教学中心力热学实验【实验内容】(1)调整底盘水平。调整底盘水平。 (2)用螺旋测微器测小钢球的直径用螺旋测微器测小钢球的直径d，在，在5个不同方个不同方向上测，取其平均值。共测向上测，取其平均值。共测6个小球，记录测量的个小球，记录测量的结果，编号待用。结果，编号待用。(3) 用游标卡尺从不同位置分别测量用游标卡尺从不同位置分别测量6只玻璃圆筒只玻璃圆筒内径内径D各各5次。次。(4）用米尺测出）用米尺测出N1与与N2的间距。的间距。(5) 用温度计测量油温，在全部小球下落完后再用温度计测量油温，在全部小球下落完后再测量一次油温，取平均值作为实际油温。测量一次油温，取平均值作为实际油温。 苏州大学物理实验教学中心力热学实验(6) 单管法单管法 将将6个小钢球先后自中心放入内径最大个小钢球先后自中心放入内径最大的的1#圆筒内，记下相应通过圆筒内，记下相应通过 所用的时间所用的时间ti及油温及油温T，利用利用(1)式计算出式计算出vi ，即可求出即可求出21NNi (7) 多管法多管法 将将 小球依次放入小球依次放入 玻璃圆筒内玻璃圆筒内记下相应的记下相应的ti，作，作 曲线曲线(D为容器内径为容器内径)。理论表。理论表明该曲线为一直线，将直线外推到明该曲线为一直线，将直线外推到D时的时的t0值，值，于是于是 ，代入，代入(2)式即可求得式即可求得值，并与单管法值，并与单管法求出的求出的值及查表得出的该温度下的理论值进行比值及查表得出的该温度下的理论值进行比较。较。#61 #61 Ddt 021tNNv 【实验内容】苏州大学物理实验教学中心力热学实验小球di/mm /mmDi /mm/mm N1N2/mmt/si/Pas126diDiiDd%0i苏州大学物理实验教学中心力热学实验)(.mmUddidcii)(.mmUDDiDcii)(.sUtttj测测)(21.2121mmUNNNNNNj测测)/(3.cmgUc测测(8) (8) 写出各测量结果不确定度表示式写出各测量结果不确定度表示式 )sPa(U.c 苏州大学物理实验教学中心力热学实验筒内油须长时间的静止放置，以排除气泡，筒内油须长时间的静止放置，以排除气泡，使液体处于静止状态。实验过程中不可捞取使液体处于静止状态。实验过程中不可捞取小球，不可搅动。小球，不可搅动。将小钢球在液体中浸一下，然后用镊子把小将小钢球在液体中浸一下，然后用镊子把小钢球沿量筒中心轴线近液面处自由落下。钢球沿量筒中心轴线近液面处自由落下。液体粘滞系数随温度的变化而变化，因此测液体粘滞系数随温度的变化而变化，因此测量中不要用手摸量筒。量中不要用手摸量筒。在观察小钢球通过量筒标志线时，要使视线在观察小钢球通过量筒标志线时，要使视线水平，以减小误差。水平，以减小误差。【注意事项】苏州大学物理实验教学中心力热学实验【思考题】1、在一定的液体中，若减小小球直径，它下、在一定的液体中，若减小小球直径，它下落的收尾速度怎样变化？减小小球密度呢？落的收尾速度怎样变化？减小小球密度呢？2、若实验中未给出、若实验中未给出N1、N2两标号线的位置，两标号线的位置，怎样确定小球在圆筒中央匀速下落的范围及标怎样确定小球在圆筒中央匀速下落的范围及标出出N1、N2两标号线的位置？两标号线的位置？