大学生物理实验创新设计竞赛书面报告 2.doc

参赛题目利用转动惯量测液体粘滞系数参赛人员联系电话设计思想概述要求：对设计思想和创新点进行概述（可另附页） 本文用实验方法研究受粘滞阻力的刚体的定轴转动，测出待测液体的粘滞系数。流体粘滞系数在工程技术和科技研究工作中是一重要物理参数，测量粘滞系数方法很多，有落球法，转筒法，振动法，毛细血管法，常用方法简单传统方法是落球法，然而其非无限长液体，从而无法判断在下降过程中是否达到匀速运动，本文利用光电连续计时，克服了落球法计时误差，同时最后通过落球法对本实验结果进行了验证。并且我们对实验进行了该进刚体转动惯量实验仪改进：用两个刚体转动惯量实验仪的塔轮通过塔轮上十字架连接成一个塔轮，两个塔轮同轴，下方塔轮固定在一轴轴承上，这样新组成塔轮绕轴承做定轴转动，十字架对称的臂上用胶带固定两支等长的特殊形状金属臂，其下各固定一个金属小球，当塔轮绕轴转动带动小球做圆周运动，在两塔伦圆盘边缘安装两个挡光棒。 利用改装后的转动惯量实验仪，由力矩平衡及斯克托斯定律，刚体力学及流体力学测定液体粘滞系数。综合性实验很好的培养和提高科学创新能力，科学研究能力，理论联系实际能力，动手实践能力和用于探索的能力。理论及原理图大水盆中不加液体，转动惯量至于大水盆中不加外力矩；当塔轮转起来系统只受摩擦力距作用 则.(1)L为摩擦力矩，给减速下加速度取绝对值给系统加一外力矩（加适当重力砝码）.(2).(3).(4)为外力矩与摩擦力矩共同作用下，塔轮加速转动情况下加速度，r为塔轮半径，则由(1)(2)(3)(4)得: 给水盆中加注盐水溶液，使砝码由静止状态下落，对系统用刚体转动定律: 由斯托克斯定律，光滑小球在液体中受粘滞阻力 V为小球运动时速度，R为小球半径，n为液体粘滞系数为小球中心到 O轴距离，W为刚体角加速度粘滞阻力距:（可见附图五）合力距M=T r-=(5)，t=0 则,t趋无穷大时，趋于定值，其做匀速圆周运动，令匀速转动时，角加速度为，,M=0，由(5)得： 仪器与用具特殊形状的金属臂，滑轮，细线，砝码，改进的刚体转动惯量（见附图二）实验仪，两个金属小球，大脸盆，盐水.，托盘天平，密度器，水平仪，扳手，虎钳（见附图一）。实验原理图实验装置原理图（实际图可见附图三）挡光棒180改进的刚体转动惯量实验仪原理图进入决赛的参赛队伍在完成实验后填写以下内容测试结果要求： 列出原始数据，计算，并给出结果（可另附页）实验数据及结果：实验待测为盐水，=16.80cm,R=7.738mm,=15.25mm=20.25mm,=25.25mm,m=47.5g 不同半径下无外力矩的角加速度测量：半径=15.25mm=20.25mm=25.25mm角加速度10.1960.6480.1980.8760.1981.09320.1910.6450.1950.8700.1951.08830.1890.6420.194o.8650.1921.08340.1870.6390.1920.8600.1911.07550.1850.6350.1900.8560.1891.06760.1840.6310.1880.8520.1881.05970.1830.6270.1880.8480.1871.05280.1820.6230.1880.8380.1861.04690.1810.6190.1870.8330.1861.041100.1800.6160.1860.8280.1851.035110.1780.6130.1850.8240.1851.030120.1760.6090.1850.8200.1851.0260.1840.6290.1900.8480.1891.060有外力矩列表如下：表一：半径=15.25mm时外力矩作用下的角速度测量结果=15.25mmt0.000000.000000.00001.40061.40062.24192.600521.19992.61693.707031.10652.83784.758141.05112.98735.777251.01913.08126.772360.99513.15557.745870.97353.22558.699480.95363.29289.637190.93783.348310.5697100.93253.367211.5003110.93063.374312.4297120.92943.3784表二：半径=20.25mm时外力矩作用下的角速度测量结果=20.25mmt0.000000.000000.00001.51151.51552.07742.590421.07892.91043.549030.95863.27564.466840.91783.42125.365850.89903.49286.239660.87383.59357.084970.84533.71477.915080.83013.78278.730490.81543.85099.5393100.80893.882510.3441110.80483.901711.1466120.80253.9126表三： 半径=25.25mm时外力矩作用下的角速度测量结果=25.25mmt0.000000.000000.00001.49651.49652.09822.468620.97213.23013.346230.87763.57794.182040.83583.75694.995050.81303.86225.782360.78733.98836.545170.76284.11647.297180.75204.17558.047790.75064.18338.7976100.74994.18729.5468110.74924.190910.2957120.74894.1928在30下时间t与的关系图如下：由曲线的走向由5得：当=15.25mm ，=3.3764rad/s,=0.0579Pa/s当=20.25mm，=3.9072 r a d/s, =0.0538 Pa/s当=25.25mm, =4.1903 r a d/s, =0.0517 Pa/s误差评定落球用法验证，见附图四，可求的=0.0545Pa/s, =15.25mm时相对误差为6.24,=20.25mm时相对误差为1.28，=25.25mm, 时相对误差为5.14，相对误差小，说明我们的实验模型是可行的结论在实际操作过程中，此法也有一定的缺陷，数据庞大，处理较为复杂，同