用落球法测定液体的粘度

1、用落球法测定液体的粘度实验目的1 ?根据斯托克斯公式，用落球法测液体的粘度。2 ?学习间接测量结果的误差估算。实验仪器玻璃圆筒，小钢球，停表，螺旋测微器，直尺，温度表，镊子，提网（或磁铁），待测液体（甘油或蓖麻油）。实验原理在液体内部，不同流速层的交接面上，有切向相互作用力， 流速大的一层受到的力和它的流速方向相反，使之减速；流速小的一层受到的力和它的流速方向相同，使之加速。这样,相互作用的结果，使相对运动减慢。流体的这种性质就是粘滞性。这一对力称为内摩擦力，也称为粘滞力。当半径为r的光滑球形固体，在密度为 订粘滞系数为 且液面为无限宽广的粘滞流体 中以速度V 运动时，若速度不大、球较小、液体

2、中不产生涡流，则小球受到的粘滞力为F=6 二 rV当密度为体积为V体的小球在密度为 订的液体中下落时，作用在小球上的力有三个F=6二rV这三个力都在同一重力p= Vg；液体的浮力f =°V体g，液体的粘滞阻力图4一 1小球运动示意图铅直线上，如图4 1所示。球开始下落时的速度很小，所受的阻力不大，小球加速下降，随着速度的增加，所受的阻力逐渐加大。当速度达到一定值时，阻力和浮力之和将等于重力，即V 体 g = ； %V 体 g+6 二 rV此时小球的加速度为零，匀速下降，这个速度称为收尾速度（或平衡速1 3度）。将V体=二d3代入上式可得6-二 d3（'-订）g=3 二 Vd6

3、所以式中d=2r为小球的直径。实验时使小球在有限的圆形油筒中下落，（4-1）液体不是无限宽广的，考虑到圆筒器壁的影响应对斯托克斯公式加以修正，式（4 1）变为(4-2)=1（，-'。曙2ddV（12.4）（11.65 ）Dh式中，D为圆筒的内径，h为筒内液体的咼度，d为小球直径。pl实验测定时，由于 d«h,则式（4-2 ）分母中的（1 + 1.65 ） ； 1 ,该式可改写成D(4-3)由上式可以测定，在国际单位制中的单位是Pa ? So1 (-； o)qd2團4 J测量示意实验内容及步骤1 ?实验采用大小相同的小钢球，用千分尺（关于千分尺的使用参见实验一）测出其中一个小球

4、的直径；并在不同的方向上测8次，求其平均直径。注意千分尺的零点读数。2 ?确定小球在筒中央匀速落下的范围2N3，如图4 2所示。方法是：在玻璃筒上、中、下三处用橡皮筋分别作出标记线N2、N30令线间距离NiN2= N2N3,测出小球通过两段液体的时间tl和t2。若X :.t2，贝U小球在2N3中作匀速运动。若匕彳2，则说明小球通过N1标线后仍然作加速运动，应将 N.N?标线下移并保持 NV|N2= N2N3。试测几次直到t13 ?在N1N3不变的情况下。重复做8次，记取相应的时间t,并 计算其平均值f。4?测量线间距 L=N1N 38次；计算其平均值 L,并计算出小球收尾速度v=L /t。5

5、.测量圆筒内径 D （测一次），测量液体的温度（即室温二）。6.小钢球密度液体密度；-o由实验室给出（也可由物理手册查出7 ?根据式（4-3）计算 的平均值及其误差，并分析所得结果。数据记录与处理1 ?数据记录寸=, D = , P= , P = 表4-1测量液体的粘滞系数数据次尊d Gin)L (cm)心)# (Pa* b)12d2h：3J475r丄567hl平均值dL7VV平均值标准差ktL 2()+z十2+2.4?Dx(M)2-Jd1+2.4 2D2.用误差传递公式求-的相对误差和平均值标准差。 实验注意事项)Pa? s3?写出测量结果=-n=(1?实验时液体中应无气泡，小钢球也不能粘有气泡。2.球必须在筒的中心下落。3?液体的粘度随温度的改变会发生显著变化，因此，在实验中不得用手摸圆筒。思考题1.实验时，如果不用标线 N3,测出小球从 N到筒底的时间是否可以？2?若使小球在靠近筒壁处下落是否可以？为