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文档简介
1、实验一落球法测液体的粘滞系数粘滞系数是液体的重要性质之一,它反映液体流动行为的特征粘滞系数与液体的性质,温度和流速有关,准确测量这个量在工程技术方面有着广泛的实用价值如机械的润滑,石油在管道中的传输,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方法有多种,落球法(又称 Stokes 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【实验目的】1学习和掌握一些基本物理量的测量;2学会落球法测定液体的粘滞系数【实验原理】一个在液体中运动的物体会受到一个与其速度反方向的摩擦力,这个力的大小与物体的几何形状、物体的速度以及液体的内摩擦力有关液体的内
2、摩擦力可用粘滞系数来表征对于一个在无限扩展液体中以速度v 运动的半径为r的球形物体,斯托克斯(G.G.Stokes )推导出该球形物体受到的摩擦力即粘滞力为F1 6v r( 1)当一个球形物体在液体中垂直下落时,它要受到三种力的作用,即向上的粘滞力F1、向上的液体浮力F2 和向下的重力F3球体受到液体的浮力可表示为F24r 31g( 2)3上式中1 为液体的密度, g 为重力加速度球体受到的重力为F34r 32g( 3)3式中2 为球体的密度当球体运动某一时间后,上述三种力将达到平衡,即F1F2F3( 4)此时,球体将以匀速 v 运动( v 也称为收尾速度) 因此,可以通过测量球体的下落速度
3、v 来确定液体的粘滞系数:2 r 221g( 5)9v这里 v 可以从球体下落过程中某一区间距离s 所用时间 t 得到,这样粘滞系数为2 r 221gt( 6)9s在实际测量中,液体并非无限扩展,且容器的边界效应对球体受到的粘滞力有影响,因此公式( 1)需要考虑这些因数做必要修正对于在无限长,半径为R的圆柱形液体轴线上下落的球体,修正后的粘滞力为F1 6v r12.4r( 7)R这样公式( 6)变为2 r 221g t1r( 8)9s12.4R如果考虑到圆柱形液体的长度L 并非无限长,还有r / L 量级的进一步修正F1+F 2F3图 1液体中小球受力分析图【实验仪器】落球法粘滞系数测定仪(见
4、图 2)、小钢球、蓖麻油、米尺、液晶数显千分尺、游标卡尺、液体密度计、电子天平、电子秒表和温度计等123425直流稳压电源 5v/1A1:钢球导管; 2:半导体激光器;3:三维调节支架4:蓖麻油; 5:量筒图 2落球法粘滞系数测定仪示意图【实验内容】1调整粘滞系数测定仪( 1)调整底盘水平,在底盘横梁上放重锤部件,调节底盘旋纽,使重锤对准底盘的中心圆点;( 2)将实验架上的上,下二个激光器接通电源,可看见其发出红光调节上、下二个激光器,使其红色激光束平行,并对准锤线;( 3)收回重锤部件,将盛有被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;( 5)
5、将小球放入钢球导管,看其是否能挡阻光线,若不能,则适当调整激光器位置2测量下落小球的匀速运动速度( 1)测量上、下二个激光束之间的距离;( 2)放小球入钢球导管,当小球落下,阻挡上面的红色激光束时,光线受阻,此时用秒表开始计时,到小球下落到阻挡下面的红色激光束时,计时停止,读出下落时间,重复测量6 次以上3测量小钢球的密度2( 1)用电子天平测量小钢球的质量m,测量一次;( 2)用千分尺测其直径 d,测量十次,计算平均值;( 3)计算小钢球的密度24用液体密度计测量蓖麻油的密度1(单次测量) 用游标卡尺测量量筒的内径D(测量六次)用温度计测量液体温度(液体粘滞系数随温度变化很快,因此需要标明测量是在什么温度下进行的 )5用公式( 8)计算值,值保留三位有效数据,的单位为 kgm-1 s-1 6用滚筒法测量蓖麻油的粘滞系数,根据落球法的测量结果和仪器说明书,选择合适的转子和转速。【注意事项】实验时动作仔细,不要让油洒到实验台上【思考题】1如何判断小球达到匀速运
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