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1、落球法测液体的粘滞系数,大学物理实验,一、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,难点：激光光电计时仪的使用,重点：斯托克斯定律适应的条件,二、实验原理,当流体（液体和气体）在管道中流动时，管道中心处流速最大，越靠近管壁流速越小，说明在各流层间有内摩擦力（也称为粘滞力）存在，流体的这种性质称为粘滞性。粘滞系数是反映流体内部内摩擦力大小的物理量，是流体的重要性质之一。,对于液体，粘滞系数与液体的性质，温度和流速有关。液体粘滞系数的测量在工程技术上有广泛的应用。如：机械的润滑，石油在管道中的输送，油脂涂料，医疗和药物等方面，都需测定粘滞系数。测量液体粘滞系数的
2、方法有多种，如落球法、转筒法、毛细管法等，其中落球法是最基本的一种，它可用于测量粘度较大的透明或半透明液体，如蓖麻油、变压器油、甘油等。,二、实验原理,当金属小球在粘性液体中下落时,受到三个铅直方向的力,二、实验原理,如果液体无限深广，在小球下落速度较小的情况下，有：,上式称为斯托克斯公式，式中，为液体的粘滞系数，单位是PaS，r为小球的半径。,（1）,二、实验原理,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：,(2),于是小球开始作匀速直线运动,二、实验原理,由（2）式可得：,令小球的直径为d，可得：,（3）,（4）,式中，为
3、小球材料的密度，L为小球匀速下落的距离，t为小球下落距离L所用的时间。,二、实验原理,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：,式中D为容器的内径。,三、实验仪器,蓖麻油,激光光电计时仪,四、实验内容,1、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,四、实验内容,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。,调整底盘水平,四、实验内容,(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。,调整激光器,四、实验内容,(
4、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。,调整量筒,四、实验内容,3、将小球从支架导管中自由下落，用电子秒表记录小球经过20.00cm高度所用的时间，一共5个球。,四、实验内容,4、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。,四、实验内容,5、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。,测量油温,四、实验内容,数据记录表格 钢球密度=蓖麻油密度s=小钢球下落距离L=容器内半径R=荆州本地重力加速度g=测量过程前后的平均室温t=
5、,五、实验注意事项,1、在测量当中不要移动容器和激光发射、接收装置的位置。2、测量中不能将落入蓖麻油中的小钢球随时取出，需等实验完 毕用磁铁一次性取出，且过程中需将小钢球表面清理干净再将其落入钢球导管。3、游标卡尺和千分尺在使用时，应先读出其零点修正值。4、释放小球时要尽量接近油面。5、小球尽量沿油柱的中轴线下落。6、测量时间时，眼睛应正视S和S/两条线，当小球的中心位于S线时开始记时，当小球的中心位于S/线时记时结束。,六、思考题,1、如何判断小球在作匀速运动?2、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？3、造成误差得主要因素是什么，如何改进。,
