落球法测液体的粘度系数.pptx

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1、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 当当液液体体流流动动时时，平平行行于于流流动动方方向向的的各各层层流流体体速速度度都都不不相相同同，即即存存在在着着相相对对滑滑动动，于于是是在在各各层层之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。粘粘滞滞力力的的方方向向平平行行于于接接触触面面，其其大大小小与与速速度度梯梯度度及及接接触触面面积积成成正正比比。比比例例系系数数称称为为粘粘滞滞系系数数（或或粘粘度度），粘粘滞滞系系数数与与液液体体的的性性质质，温温度度和和流流

2、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 液液体体粘粘滞滞性性的的测测量量是是非非常常重重要要的的，对对液液体体粘粘滞滞性性的的研研究究在在医医疗疗、航航空空、水水利利、机机械械润润滑滑和和液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。例例如如，现现代代医医学学发发现现，许许多多心心血血管管疾疾病病都都与与血血液液粘粘度度的的变变化化有有关关。石石油油在在封封闭闭管管道道中中长长距距离离输输送送时时，其其输输运运特特性性与与粘粘滞滞性性密密切切相相关关，因因而而在在设设计计管管道道前前，必必须须测量被输石油

3、的粘度。测量被输石油的粘度。测测定定可可以以有有多多种种方方法法，如如落落球球法法、转转筒筒法法、阻阻尼法、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.掌掌握握用用落落球球法法测测液液体体的的粘粘度度系系数数的的原原理和方法；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 如如果果一一小小球球在在液液体体中中下下落落，由由于于附附着着于于球球面面的的液液层层与与周周围围其其他他液液层层之之间间存存

4、在在着着相相对对运运动动，因因此此小小球受到粘滞阻力，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。根根据据斯斯托托克克斯斯定定律律，小小球球所所受受到到的的粘粘滞滞阻阻力力f 为为:式式中中d是是小小球球的的直直径径，v是是小小球球的的速速度度，为为液液体体粘粘滞系数。滞系数。斯斯托托克克斯斯定定律律要要求求液液体体是是无无限限广广延延的的且且无无旋旋涡涡产产生生。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 小小球球在在液液体体中中作作自自由由下下落落时时，受受到到三三个个力

5、力的的作作用用，且且都都在在竖竖直直方方向向：重重力力mg、浮力、浮力gV 和粘滞阻力和粘滞阻力f。开开始始下下落落时时小小球球运运动动速速度度较较小小，相相应应的的阻阻力力也也小小，重重力力大大于于粘粘滞滞阻阻力力和和浮浮力力，所所以以小小球球作作加加速速运运动动。由由于于粘粘滞滞阻阻力力随随小小球球的的运运动动速速度度增增加加而而逐逐渐渐增增加加，加加速速度度越越来来越越小小，最最后后，三三个个力达到平衡，即：力达到平衡，即：苏州大学物理实验教学中心力热学实验其其中中和和0分分别别是是液液体体和和小小球球的的密密度度，d 为为小小球球的直径，的直径，g是当地的重力加速度。是当地的重力加速度

6、。苏州大学物理实验教学中心力热学实验小小球球是是在在内内径径为为D，液液体体高高度度为为h的的管管中中下下落落，不不能能满满足足无无限限宽宽广广的的条条件件，因因此此，对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远远大大于于d时时，考考虑虑到到实实验验中中直直接接测测量量量量是是小小球球的的直直径径d和和匀匀速速时时一一定定的的下下落落高高度度N1N2及所用时间及所用时间t，则上式变为：，则上式变为：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 依依次次测测出出同同一一小小球球经经过过一一组组不不同同内内径径的的圆圆筒筒中中同同样样距距离离所所用用的的时时间间t，

7、再再作作(d/D)t曲曲线线，对对大大量量的的实实验验数数据据进进行行线线性性拟拟合合可可发发现现，该该曲曲线线为为一一直直线线，延延长长该该直直线线与与纵纵轴轴(t轴轴)相相交交，其其截截距距to就就是是D 时时，即即在在无无限限广广延延的的液液体体中中小小球球匀匀速速下下落落通通过过所所用用的的时时间间，测测出出d、D、和和 (、g由由实实验验室室给给出出)，算算出出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（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)用用螺螺旋旋测测微微器器测测小小钢钢球球的的直直径径d，在在5个个

8、不不同同方方向向上上测测，取取其其平平均均值值。共共测测6个个小小球球，记记录录测测量量的的结果，编号待用。结果，编号待用。(3)用用游游标标卡卡尺尺从从不不同同位位置置分分别别测测量量6只只玻玻璃璃圆圆筒筒内径内径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)用用温温度度计计测测量量油油温温，在在全全部部小小球球下下落落完完后后再再测量一次油温，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)单单管管法法 将将6个个小小钢钢球球先先后后自自中中心心放放入入内内径径最最大大的的1#圆圆筒筒内内，记记下下相相应应通

9、通过过 所所用用的的时时间间ti及及油油温温T，利用利用(1)式计算出式计算出vi，即可求出即可求出(7)多多管管法法 将将 小小球球依依次次放放入入 玻玻璃璃圆圆筒筒内内记记下下相相应应的的ti，作作 曲曲线线(D为为容容器器内内径径)。理理论论表表明明该该曲曲线线为为一一直直线线，将将直直线线外外推推到到D时时的的t0值值，于于是是 ，代代入入(2)式式即即可可求求得得值值，并并与与单单管管法法求求出出的的值值及查表得出的该温度下的理论值进行比较。及查表得出的该温度下的理论值进行比较。【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/s

10、i/Pas126苏州大学物理实验教学中心力热学实验(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 苏州大学物理实验教学中心力热学实验筒筒内内油油须须长长时时间间的的静静止止放放置置，以以排排除除气气泡泡，使使液液体体处处于于静静止止状状态态。实实验验过过程程中中不不可可捞捞取取小球，不可搅动。小球，不可搅动。将将小小钢钢球球在在液液体体中中浸浸一一下下，然然后后用用镊镊子子把把小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。液液体体粘粘滞滞系系数数随随温温度度的的变变化化而而变变化化，因因此此测测量中不要用手摸量筒。量中不要用手摸量筒。在在观观察察小小钢钢球球通通过过量量筒筒标标志志线线时时，要要使使视视线线水平，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、在在一一定定的的液液体体中中，若若减减小小小小球球直直径径，它它下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、若若实实验验中中未未给给出出N1、N2两两标标号号线线的的位位置置，怎怎样样确确定定小小球球在在圆圆筒筒中中央央匀匀速速下下落落的的范范围围及及标标出出N1、N2两标号线的位置？两标号线的位置？