实验三 液体粘滞系数的测定

实验三 液体粘滞系数的测定

方法一： 用乌式粘度计测定酒精的粘滞系数

[实验目的]

1． 1． 进一步巩固和理解粘滞系数的概念。 2． 2． 学会一种测定粘滞系数的方法。

[实验器材]

粘度计、铁架台、秒表、温度计、打气球、玻璃缸、蒸馏水、酒精、量杯。

[仪器描述]

如图3-1所示，粘度计是由三根彼此 相通的玻璃管A 、B 、C 构成。A 管经一胶 皮管与一打气球相连，A 管底部有一大玻 璃泡，称为贮液泡；B 管称为测量管，B 管 中部有一根毛细管，毛细管上有一大和一 小两个玻璃泡，在大泡的上下端分别有刻 线N 、N ′；C 管称为移液管，C 管上端有 一乳胶管，为的是在C 管处设置夹子。整

个实验是在装满水的玻璃缸中进行。

[实验原理]

图3-1

乌式粘度计

一切实际液体都具有一定的“粘滞性”，当液体流动时，由于粘滞性的存在，不同的液层有不同的流速v （如图3-2），流速大的一层对流速小的一层施以拉力，流速小的一层对流速大的一层施以阻力，因而各 层之间就有内磨擦力的产生，实验表明，内磨擦力的大小与 相邻两层的接触面积S 及速度梯度d v /d y 成正比，即

η=F ·y v

d d ·S

式中的比例系数η叫做粘滞系数，又叫内磨擦系数。不同的液 体具有不同的粘滞系数。一般情况下，液体的η值随温度的升

高而减少。在国际单位制中，η的单位为帕·秒（Pa ·s ）。

图

3-2

速度梯

度

当粘滞液体在细管中作稳恒流动时，若管的半径为R ，管长为L ，细管两端的压强差为ΔP 1 ，液体的粘滞系数为

1

η，则在时间t 1内液体流经细管的体积V 可依泊肃叶公式求出：

1

114

8t ?????=

P L

R

V ηπ

（3-1）

同理，对于同一细管，若换用另一种粘滞系数为2η的液体，并假设这时细管两端的压强差为ΔP 2，体积仍为V 的液体流经细管所需时间为t 2，则有：

2

224

8t ?????=

P L

R

V ηπ

（3-2）

由（3-1）式和（3-2）式得

1

1

1222ηη?????=

t t P P

（3-3）

如果实验时把细管铅垂方向放置，则压强差是由重力引起的，于是

12

1212

ρρρρ=

????=

??h

g h g P P

（3-4）

此处1ρ及2ρ是两种不同液体的密度，将（3-4）式代入（3-3）式，得

1

1

1222ηρρη???=

t t

（3-5）

可见，如果一种液体的粘滞系数1η为已知，且两种液体的密度1ρ及2ρ可查表得到，则只要测出两种液体流

经同一细管的时间

t 1

和

t 2，即可根据（3-5）

式算出被测液体的粘滞系数

2

η.

本实验是已知水的1η值，求待测酒精的

2

η值。

粘滞系数的测定是医学和生物实验中常常遇到的。这种由一种物质的已知量1η求得另一种物质的相应未知量

2

η方法称之为比较测量法，是实验科学中常用的方法之一。

[实验步骤]

1．松开固定粘度计的夹子，取出粘度计，分别将蒸馏水灌入粘度计的B 管、C 管中冲洗粘度计，并用打气球将水挤出。

2．把洗好的粘度计放在充满水的玻璃缸中，将粘度计调整为铅垂状态，此时旋紧固定粘度计的夹子。

3．在实验过程中，为尽量保证温度稳定，特将粘度计放在盛有室温水的玻璃缸内进行。 4．打开阀门1和阀门2，将蒸馏水由C 管灌入粘度计内，灌到贮液泡四分之三的体积

时，即可停止注入蒸馏水。

5．关闭阀门1和旋紧阀门2，用手按动打气球，此时水开始从B 管中上升，当蒸馏水上升到B 管顶端的小泡位置时，即可停止打气。

6．先打开阀门1，然后再旋松阀门2，此时水开始从B 管中往下降，当水面刚刚降落到刻线N 时，用秒表计时，直到液面下降到N ′时停止计时，这个时间间隔即为t 1. 7．重复步骤5、步骤6，测量水流过N 、N ′所用的时间t 1，重复3次，将数据填入表中。

8．记下玻璃缸中温度计的读数T 1.

9．将粘度计取下，倒出蒸馏水，用待测液（本实验用酒精）精洗一下粘度计，然后倒出酒精。

10．把用待测液（酒精）清洗后的粘度计放入玻璃缸中，并调成铅垂状态，固定住粘度计。

11．将待测液（酒精）从C 管中灌入，灌到贮液泡体积的四分之三时，即可停止注入酒精。

12．重复步骤5、步骤6，测量酒精流过N 、N ′所用的时间t 2，重复3次，将数据填入表中。

13．记下玻璃缸中温度计的读数T 2.

14．实验完毕将酒精倒入回收酒精的烧杯中。

15．从本实验讲义的附表中，查出实验温度下水的密度1ρ和水的粘滞系数1η值，再查出待测液体的密度2ρ，根据（3-5）式求出待测液体的粘滞系数

2

η.

[数据记录与处理]

12 温度 2

2

1T T T +=

= ℃

查表：水的密度 1ρ =

酒精的密度 2ρ = 水的粘滞系数 1η =

计算：

=

???=

11

1222ηρρηt t

=

?+?=

2

21

12t t t t ηE

=?=?222ηηηE 结果： =?±=222ηηη

[注意事项]

1. 打气时不要过猛，以免水从B 管中喷出。

2. 本实验过程中，拿取粘度计及清洗粘度计时，要用拇指和食指拿住最粗的管子即A 管，切记不可大把抓。

3. 在测量过程中，粘度计要竖直放置并浸入玻璃缸的水中。

[思考题]

1．实验中应注意哪些事项？

2．本实验中误差产生的主要原因是什么？

方法二： 用奥氏粘度计测定乙醇的粘滞系数

[实验目的]

1． 1． 进一步理解液体的粘滞性。

2． 2． 掌握用奥氏粘度计测定液体粘滞系数的方法。

[实验器材]

奥氏粘度计、温度计、秒表、乙醇、蒸馏水、移液管、洗耳球、大烧杯、物理支架。

[仪器描述]

奥氏粘度计的形状如图3-3所示，是一个U 形玻 璃管。B 泡位置较高，为测定泡；A 泡位置较低，为下 储泡；B 泡上下各有一刻痕m 和n . 以下是一段截面 积相等的毛细管L .

[实验原理]

当粘滞系数为η的液体在半径为R 、长为L 的 毛细管中稳定流动时，若细管两端的压强差为P ?，

则根据泊肃叶定律，单位时间流经毛细管的体积流量Q 为：

L

P

R Q ηπ84

?=

（3-6）

本实验用奥氏粘度计,采用比较法进行测量。

实验时，常以粘滞系数已知的蒸馏水作为比较的标准。先将水注入粘度计的球泡A 中，再用洗耳球将水从A 泡吸到B 泡内，使水面高于刻痕m ，然后将洗耳球拿掉，只在重力作用下让水经毛细管又流回A 泡，设水面从刻痕m 降至刻痕n 所用的时间为t 1；若换以待测液体，测出相应的时间为t 2，由于流经毛细管的液体的体积相等，故有： V 1 = V 2， 即 Q 1t 1= Q 2t 2

∴

2

22

4

111

4

88t t ??=

??L

P R L

P R ηπηπ

即

得

1

1221

2

t t ????=

P P ηη

（3-7）

式中1η和2η分别表示水和待测液体的粘滞系数。设两种液体的密度分别为1ρ和2ρ，因为在两次测量中，两种液面高度差h Δ变化相同，则压强差之比为

2

1212

1p h

g h g P P ρρρ=

??=

??

（3-8）

代入式(3-7),得

1

1

1222ηρρη?=

t t

（3-9）

从本实验讲义的附表中查出实验温度下的1ρ、2ρ和1η值，则根据式（3-9）可求得待测液体的粘滞系数2η。 [实验步骤]

1．在大烧杯内注入一定室温的清水，以不溢出杯外为度，作为恒温槽。

2．用蒸馏水将粘度计内部清洗干净并甩干，将其铅直地固定在物理支架上，放在恒温槽中。

3．用移液管将一定量的蒸馏水（一般取5~10m l ）由管口C 注入A 泡。注意：取水和取待测液体的用具不要混用，每次应冲洗干净。

4．用洗耳球将蒸馏水吸入B 泡，使其液面略高于刻痕m ，然后让液体在重力作用下经毛细管L 流下。当液面降至痕线m 时，按动秒表开始计时，液面降至痕线n 时，按停秒表，记下所需时间t 1。重复测量t 1三次。

5．将蒸馏水换成待测液体乙醇，重复上述步骤3和步骤4，测量同体积的乙醇流经毛细管时所用时间 t 2，重复测量三次。（先将粘度计用待测液体乙醇清洗一下） 6．测量恒湿槽中水的温度T . [数据记录与处理]

查表与记录： T = ℃ 蒸馏水的密度 1ρ = kg /m 3 乙醇的密度 2ρ = kg /m 3 蒸馏水的粘度系数 1η = P a ·s

计算： =

???=

11

1222ηρρηt t

=

?+?=

2

21

12t t t t ηE

=?=?222ηηηE 结果： =?±=222ηηη

[思考题]

1．为什么要取相同体积的待测液体和标准液体进行测量？ 2．为什么实验过程中要将粘度计浸在水中？ 3．测量过程中为什么必须使粘度计保持竖直位置？

方法三： 用斯托克斯公式测定液体的粘滞系数

[实验目的]

1． 1． 掌握用斯托克斯公式测定液体的粘滞系数的方法。 2． 2． 熟悉使用基本测量仪器。

[实验器材]

盛有被测液体（甘油）的量筒、温度计、镊子、小球（ф1.0mm 钢滚珠）、秒表、米尺、千分尺、提网等。

[实验原理]

一个半径为的r 小球，以速度v 在无限广阔的液体中运动,当速度较小（不产生旋涡）时，根据斯托克斯定律，它所受到的粘滞阻力为

υηπr 6=F （3-10）

需要指出，力F 并不是小球表面和流体之间的摩擦力，而是附着在小球表面同小球一起运动的一层液体与周围液体之间的内摩擦力。η为液体的粘滞系数或内摩擦系数，它与小球的质料无关，仅取决于液体的种类和温度。η的单位为Pa ·s .

在本实验中，是使小球在甘油中竖直下落，当下落速度增到一定数值时，小球受到的粘滞阻力和重力、浮力达到平衡，因此小球以匀速度开始下落，这样就可测定它的下落速度，由（3-10）式和平衡条件可得

υ

ηπσρπr r 63=-g )(4

3

（3-11）

ρ或σ分别是小球和液体的密度。由（3-11）式可得

υ

σρη2

)(r

g -?

=

9

2

（3-12）

但此式仅以流体为无限广阔的情况下方能成立，实际上小球是在内直径为d 1的量筒中下落，因此还需加上一校正系数，同时注意到υ= L / t （L 和t 分别为小球下落的距离和时间），r = d 2 / 2（d 2为小球直径），于是（3-12）式应改为

)

2.41(182

1

2

2)(d d L d +

-=

t g σρη

（3-13）

在本实验中，取 1.088

2.41=+

)(1

2

d d ，g = 9.8m /s 2，已知小球密度ρ=7.800×103kg / m 3，甘油的密度σ=1.260×103kg / m 3

，测得L 、t 、d 2等量，便可由（3-13）式算出被测液体甘油的粘滞系数η.

[实验步骤]

1．用千分尺测定小球直径d 2五次。

2. 将小球放在盛有被测液体（甘油）的量筒管中央，使其在液体中 徐徐下落。当落至量筒上部刻线A （见图3-4）时，启动秒表，当落至下 部刻线B 时，停止秒表，测出小球通过A 、B 刻线间所需时间t （注意眼 睛应平视刻线A 、B ）。

3．用提网将小球提起，重复步骤2，测五次。

4．记下油温（即室温T ），用米尺量A 、B 间的距离L ，测五次。

5．由（3-13）式分别计算出五次测量所得甘油的粘滞系数，再算出 其平均值。

6．算出五次测量的绝对误差，再算出平均绝对误差、平均相对误 差，并将结果表示成 =?±=ηηη的标准形式。 [数据记录与处理]

%

100??=

η

η

ηE

结果： =?±=ηηη

[注意事项]

甘油必须静止，油中应无气泡，小球表面必须清洁，表面不带气泡，筒要铅直；小球应在筒中心徐徐下落，刻线A 不能取在靠近液面处；用提网将小球提起时，注意别让小球从提网与筒间的缝隙掉落筒底。

[附录]

附表1 不同温度下酒精的密度(103kg / m 3 )

和16℃所对应

的粘度系数分别为1.1404×10-3 P a ·s 和1.1111×10-3 P a ·s ，可见从15℃上升到16℃时的1℃中，水的粘滞系数降 低了（1.1404×10-3-

1.1111×10-

3）Pa ·s ，于是可以认为从15℃上升到15.78℃的0.78℃中，其粘

滞系数降低了

0.78×（1.1404-1.1111）×10-3Pa ·s ，因此15.78℃的水的粘滞系数即为[1.1404-0.78×（1.1404-1.1111）×10-3Pa ·s ]

=1.1175×10-3 Pa ·s 或为（1.1111+0.22×0.0293）×10

-3

Pa ·s =1.1175×10-

3 Pa ·s 。这种方法称为内

插法读数或函差法读数。

附表4 甘油的粘滞系数η(Pa ·s )

落球法测量液体粘滞系数

液体粘滞系数的测量（落球法） 在工业生产和科学研究中（如流体的传输、液压传动、机器润滑、船舶制造、化学原料及医学等方面）常常需要知道液体的粘滞系数。测定液体粘滞系数的方法有多种，落球法（也称斯托克斯Stokes 法）是最基本的一种。它是利用液体对固体的摩擦阻力来确定粘滞系数的，可用来测量粘滞系数较大的液体。 【实验目的】 1. 观察液体的内摩擦现象，根据斯托克斯公式用落球法测量液体的粘滞系数； 2. 掌握激光光电计时仪的使用方法； 3. 了解雷诺数与斯托克斯公式的修正数； 4．掌握用落球法测粘滞系数的原理和方法； 5．测定当时温度下变压器油的粘滞系数。 【实验前准备】 1.自学斯托克斯公式及雷诺数； 2.粗略阅读讲义，了解大致的实验过程； 3.认真阅读讲义，明确实验原理，写出自己设计的实验方案； 4.再次阅读讲义，提出自己的疑问或可能的其他实验方案，如下落时间还有其他方法测量吗等； 5.进一步熟悉并掌握某些测量器具的用法（如游标卡尺、螺旋测微计、秒表等）。 6.设计实验数据记录表格； 7.复习不确定度计算方法并推导出本实验要用的不确定计算公式。 【自学资料】 1． 如何定义粘滞力（内摩擦力）？粘滞系数取决于什么？ 当液体稳定流动时，流速不同的各流层之间所产生的层面切线方向的作用力即为粘滞力（或称内摩擦力）。其大小与流层的面积成正比，与速度的梯度成正比，即： dx dv S F ? ?=η (1) 式中比例系数η即为该液体的粘滞系数。 粘滞系数决定于液体的性质和温度。 2． 实验依据的主要定律是什么？它需要什么条件？ 主要依据斯托克斯定律，即半径为r 的圆球，以速度v 在粘滞系数为η的液体中运动时，圆球所受液体的粘滞阻力大小为： rv F πη6= (2) 它要求液体是无限广延的且无旋涡产生。 3． 实验的简要原理是什么？ 圆球在液体中下落时，受到重力、浮力和粘滞阻力的作用，由斯托克斯定律知粘滞阻力与圆球的下落速度成正比，当粘滞阻力与液体的浮力之和等于重力时，圆球所受合外力为零，圆球此后将以收尾速度匀速下落。由此得到：

液体黏度的测定-实验报告

物理实验报告 液体黏度的测定 各种实际液体都具有不同程度的黏滞性。当液体流动时，平行于流动方向的各层流体之间，其速度都不相同，即各层间存在着滑动，于是在层与层之间就有摩擦力产生。这一摩擦力称为“黏滞力”。它的方向在接触面内，与流动方向相反，其大小与接触面面积的大小及速度梯度成正比，比例系数称为“黏度”（又称黏滞系数，viscosity ）。它表征液体黏滞性的强弱，液体黏度与温度有很大关系，测量时必须给出其对应的温度。在生产上和科学技术上，凡是涉及流体的场合，譬如飞行器的飞行、液体的管道输送、机械的润滑以及金属的熔铸、焊接等，无不需要考虑黏度问题。 测量液体黏度的方法很多，通常有：①管流法。让待测液体以一定的流量流过已知管径的管道，再测出在一定长度的管道上的压降，算出黏度。②落球法。用已知直径的小球从液体中落下，通过下落速度的测量，算出黏度。③旋转法。将待测液体放入两个不同直径的同心圆筒中间，一圆筒固定，另一圆筒以已知角速度转动，通过所需力矩的测量，算出黏度。④奥氏黏度计法。已知容积的液体，由已知管径的短管中自由流出，通过测量全部液体流出的时间，算出黏度。本实验基于教学的考虑，所采用的是奥氏黏度计法。 实验一 落球法测量液体黏度 一、【实验目的】 1、了解有关液体黏滞性的知识，学习用落球法测定液体的黏度； 2、掌握读数显微镜的使用方法。 二、【实验原理】 将液体放在两玻璃板之间，下板固定，而对上板施以一水平方向的恒力，使之以速度v 匀速移动。黏着在上板的一层液体以速度v 移动；黏着于下板的一层液体则静止不动。液体自上而下，由于层与层之间存在摩擦力的作用，速度快的带动速度慢的，因此各层分别以由大到小的不同速度流动。它们的速度与它们与下板的距离成正比，越接近上板速度越大。这种液体流层间的摩擦力称为“黏滞力”（viscosity force ）。设两板间的距离为x ，板的面积为S 。因为没有加速度，板间液体的黏滞力等于外作用力，设为f 。由实验可知，黏滞力f 与面积S 及速度v 成正比，而与距离x 成反比，即 x v S f η= （2-5-1） 式中，比例系数η即为“黏度”。η的单位是“帕斯卡·秒”（Pa ·s ）或k g ·m -1·s -1。

液体粘滞系数的测定

实验19 液体粘滞系数的测定 【实验目的】 掌握奥氏粘度计和沉降法测定液体粘滞系数的原理和方法。 【实验仪器】 奥氏粘度计、量筒、烧杯、停表、移液管、洗耳球、小钢球、游标卡尺、温度计（公用）、甘油、稀释甘油、水。 实验之一 用奥氏粘度计测稀释甘油的粘滞系数 【实验原理】 由泊肃叶公式可知，当液体在一段水平圆形管道中作稳定流动时，秒内流出圆管的液体体积为 （1） 式中为管道的的截面半径，为管道的长度，为流动液体的粘滞系数， 为管道两端液体的压强差。如果先测出、、、各量，则可求得 液体的粘滞系数 （2） 1），采用比较法进行测量。取一种已知粘滞系数的液体和一种待测粘滞系数的液体，设它们的粘滞系数分别为 和，令同体积的两种液体在同样条件下，由于 重力的作用通过奥氏粘度计的毛细管DB ，分别测出他们所需的时间和，两种液体的密度分别为、。则 （3） （4） 式中为粘度计两管液面的高度差，它随时间连续变 化，由于两种液体流过毛细管有同样的过程，所以由（3）式和（4）式可得 (5) 如测出等量液体流经DB 的时间和，根据已知数、、，即可求出待测液体的粘滞系数。式中水的粘滞系数见附表一，实验温度下水的密度 见附表二。 【实验内容】 t t L P R V ηπ84?=R L ηP ?V R P ?L t VL P R 84?=πη0ηx ηV 1t 2t 1ρ2ρh g VL t R ?= 11 408ρπηh g VL t R x ?= 22 48ρπηh ?221 10ρρ ηηt t x =0 1 122ηρρη?=t t x 1t 2t 1ρ2ρ0η0η1ρ

(1) 用玻璃烧杯盛清水置于桌上待用，并使其温度与室温相同，洗涤粘度计，竖直地夹在试管架上。 (2) 用移液管经粘度计粗管端注入6毫升水。用洗耳球将水压入细管刻度C 以上，用手指压住细管口，以免液面下降。 (3) 松开手指，液面下降，当夜面下降至刻度C 时，启动秒表，在液面经过刻度D 时停止秒表，记下时间。 (4) 重复步骤(2)、(3)测量3次，取平均值。 (5) 用稀释甘油清洗粘度计两次。 (6) 取6毫升的稀释甘油作同样实验，求出时间的平均值。 【数据记录与处理】 根据公式(5)求出稀释甘油溶液的粘滞系数。 【注意事项】 (1)(1)使用粘度计时要小心，不要同时控住两管，以免折断。 (2) 当粘度计注入水（或稀释甘油）时，不要让气泡进入管内，放置粘度计要求正、直。 (3) 在实验进行过程中，用洗耳球将待测液压入细管时，防止液体被压出粘度计或被吸入洗耳球内。 实验之二 用沉降法测定甘油粘滞系数 【实验原理】 当小球在无限大的粘滞液体中以不大的速度直线下降时，作用于小球粘滞阻力大小可由斯托克斯定律给出 式中为液体的粘滞系数，为圆球的半径，为圆球下降的速度。 当小圆球在粘滞液体中垂直下降时，除受粘滞阻力以外，还要受到重力和浮力的作用，如果以和分别表示圆球的质量和密度，表示液体密度，那么这三个力的大小可用下述各式计算 由此可列出小球运动的动力学方程 1t 1t 2t T rV F πη6=ηr V mg f m ρρ'g r mg ρπ334 =g r f ρπ'=334 rV F πη6=ma f F mg =--

落球法测量液体粘滞系数

落球法测量液体粘滞系数 Revised by BLUE on the afternoon of December 12,2020.

落球法测量液体粘滞系数 各种实际液体具有不同程度的粘滞性，当液体流动时，平行于流动方向的各层流体速度都不相同，即存在着相对滑动，于是在各层之间就有摩擦力产生，这一摩擦力称为粘滞力，它的方向平行于接触面，其大小与速度梯度及接触面积成正比，比例系数η称为粘度，它是表征液体粘滞性强弱的重要参数。 液体的粘滞性的测量是非常重要的，例如，现代医学发现，许多心血管疾病都与血液粘度的变化有关，血液粘度的增大会使流入人体器官和组织的血流量减少，血液流速减缓，使人体处于供血和供氧不足的状态，这可能引起多种心脑血管疾病和其他许多身体不适症状。因此，测量血粘度的大小是检查人体血液健康的重要标志之一。又如，石油在封闭管道中长距离输送时，其输运特性与粘滞性密切相关，因而在设计管道前，必须测量被输石油的粘度。 测量液体粘度有多种方法，本实验所采用的落球法是一种绝对法测量液体的粘度。如果一小球在粘滞液体中铅直下落，由于附着于球面的液层与周围其他液层之间存在着相对运动，因此小球受到粘滞阻力，它的大小与小球下落的速度有关。当小球作匀速运动时，测出小球下落的速度，就可以计算出液体的粘度。 【实验目的】 1．学习用激光光电传感器测量时间和物体运动速度的实验方法 2．用斯托克斯公式采用落球法测量油的粘滞系数（粘度） 3．观测落球法测量液体粘滞系数的实验条件是否满足，必要时进行修正。【实验原理】 1．当金属小球在粘性液体中下落时，它受到三个铅直方向的力：小球的重力 ρ（V是小球体积，ρ是液体mg（m为小球质量）、液体作用于小球的浮力gV 密度）和粘滞阻力F（其方向与小球运动方向相反）。如果液体无限深广，在小球下落速度v较小情况下，有 = 6 rv Fπη （1）

落球法测量液体粘滞系数

落球法测量液体的粘滞系数实验报告 一、问题背景 液体流动时,平行于流动方向的各层流体速度都不相同,即存在着相对滑动,于就是在各层之间就有摩擦力产生,这一摩擦力称为粘滞力(或粘滞系数),它的方向平行于接触面,其大小与速度梯度及接触面积成正比,比例系数η称为粘度,它就是表征液体粘滞性强弱的重要参数。液体的粘滞系数与人们的生产,生活等方面有着密切的关系,比如医学上常把血粘度的大小做为人体血液健康的重要标志之一。又如,石油在封闭管道中长距离输送时,其输运特性与粘滞性密切相关,因而在设计管道前,必须测量被输石油的粘度。 测量液体粘度可用落球法,毛细管法,转筒法等方法,其中落球法适用于测量粘度较高的透明或半透明的液体,比如:蓖麻油、变压器油、甘油等。 二、实验目的 1.学习与掌握一些基本物理量的测量。 2.学习激光光电门的校准方法。 3.用落球法测量蓖麻油的粘滞系数。 三、实验仪器 DH4606落球法液体粘滞系数测定仪、卷尺、螺旋测微器、电子天平、游标卡尺、钢球若干。 四、实验原理 处在液体中的小球受到铅直方向的三个力的作用:小球的重力mg(m为小球质量)、液体作用于小球的浮力gV ρ(V就是小球体积,ρ就是液体密度)与粘滞阻力F(其方向与小球运动方向相反)。如果液体无限深广,在小球下落速度v较小情况下,有 (1) 上式称为斯托克斯公式,其中r就是小球的半径;η称为液体的粘度,其单位就是s Pa?。

小球在起初下落时,由于速度较小,受到的 阻力也就比较小,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) 此时,小球将以0v 作匀速直线运动,由(2)式可得: (3) 令 小 球 的直径 为 d ,并用 '36ρπ d m = ,t l v =0,2 d r =代入(3)式得 (4) 其中' ρ为小球材料的密度,l 为小球匀速下落的距离,t 为小球下落l 距离所用的时间。 实验过程中,待测液体放置在容器中,故无法满足无限深广的条件,实验证明上式应进行如 下修正方能符合实际情况: (5) 其中D 为容器内径,H 为液柱高度。 当小球的密度较大,直径不就是太小,而液体的粘度值又较小时,小球在液体中的平衡速度 0v 会达到较大的值,奥西思-果尔斯公式反映出 了液体运动状态对斯托克斯公式的影响: ...)Re 1080 19Re 1631(620+-+ =r v F πη (6) 其中,Re 称为雷诺数,就是表征液体运动状态的 无量纲参数。 η ρ0 dv R e = (7) 当Re<0、1时,可认为(1)、(5)式成立;当0、1

实验五液体粘滞系数的测定

43 实验五 液体粘滞系数的测定 【实验目的】 学习用比较法测定液体的粘滞系数 【实验原理】 由实际液体在均匀细管中作层流的理论，可求得在时间t 内，当管长为L 、它的横截面的半径为r 、管两端的压强差为ΔP 时，流出液体的体积V 的公式： t L P r t Q V η8Δπ4= = (1) 上式中η 是液体的粘滞系数．由此公式可得液体的粘滞系数为 t VL P r 8Δπ4= η (2) 用上述公式虽可直接测定η ，但因所测物理量多，测量又困难，误差较大。为此奥斯华尔德设计出奥氏粘度计，采用比较法进行测量。 本实验所用毛细管粘度计(奥氏粘度计)如图1所示。它是一个U 形玻璃管，玻璃管的一侧有一段毛细管C ，其上为一小玻璃泡B ，在小玻璃泡B 的上下有指示痕I 1，及I 2。 实验时以一定体积的液体从大管口D 注入A 泡内，再由小管口E 将液体吸入B 泡中，使液面升高到B 泡的指示痕I 1以上。因两边液面的高度不同，B 泡内液体将经毛细管C 流回A 泡。当液面由指示痕I 1下降到指示痕I 2时，测得其流动时间t ，即为I 1，与I 2刻痕间液体流经毛细管所需的时间。 如果以同样体积的水和被测液体先后注入粘度计，按上述步骤测 出两种液体面从I 1降至I 2所需时间分别为t 1与t 2 。则： 1 418Δπt VL P r =η 2 4 2 8Δπt VL P r = η 两式中r ，V ，L 相同，所以 1 12212ΔΔt P t P =ηη (3) 液体是受到重力的作用而流动．由于注入粘度计的两种液体的体积相等，因而在流动 过程中相对应的液面高度差Δh 是相等的，因此有

南昌大学液体粘滞系数的测定实验报告

22110ρρηηt t x =实验三 液体粘滞系数的测定 【实验目的】 1、加深对泊肃叶公式的理解; 2、掌握用间接比较法测定液体粘滞系数的初步技能。 【实验仪器】 1.奥氏粘度计 2、铁架及试管夹 3、 秒表 4、温度计 5、量筒 6、小烧杯1个 7、洗耳球 【实验材料】 蒸馏水50ml 酒精25ml 【实验原理】 由泊肃叶公式可知,当液体在一段水平圆形管道中作稳定流动时,t 秒内流出圆管的液体体积为 t L P R V ηπ84?=(1) 式中R 为管道的的截面半径,L 为管道的长度,η为流动液体的粘滞系数,P ?为管道两端液体的压强差。如果先测出V 、R 、P ?、L 各量,则可求得液体的粘滞系数 t VL P R 84?=πη(2) 为了避免测量量过多而产生的误差,奥斯瓦尔德设计出一种粘度计(见图1),采用比较法进行测量。取一种已知粘滞系数的液体与一种待测粘滞系数的液体,设它们的粘滞系数分别为0η与x η,令同体积V 的两种液体在同样条件下,由于重力的作用通过奥氏粘度计的毛细管DB,分别测出她们所需的时间1t 与2t ,两种液体的密度分别为1ρ、2ρ。则 h g VL t R ?=11 408ρπη(3) h g VL t R x ?= 22 48ρπη(4) 式中h ?为粘度计两管液面的高度差,它随时间连续变化,由于两种液体流过毛细管有同 样的过程,所以由(3)式与(4)式可得: 0 1 122ηρρ η?=t t x (5) 如测出等量液体流经DB 的时间1t 与2t ,根据已知数1ρ、2ρ、0η,即可求出待测液体的粘滞系数。 【实验内容与步骤】 (1) 用玻璃烧杯盛清水置于桌上待用,并使其温度与室温相同,洗涤粘度计,竖直地夹在

落球法测量液体的粘滞系数

落球法测量液体的粘滞系数 一、实验内容: 熟悉斯托克斯定律,掌握用落球法测量液体的粘滞系数的原理与方法。 二、实验仪器: 落球法粘滞系数测定仪、小钢球、蓖麻油、千分尺、激光光电计时仪 三、实验原理: 如图1,当金属小球在粘性液体中下落时,它受到三个铅直方向的力:小球的重力mg 、液体作用于小球的浮力gV ρ(V 为小球体积,ρ为液体密度)与粘滞阻力F(其方向于小球运动方向相反)。如果液体无限深广,在小球下落速度v 较小的情况下,有: rv F πη6= (1) 图1 液体的粘滞系数测量装置 上式称为斯托克斯公式,式中η为液体的粘滞系数,单位就是s Pa ?,r 为小球的半径。 斯托克斯定律成立的条件有以下5个方面: 1)媒质的不均一性与球体的大小相比就是很小的; 2)球体仿佛就是在一望无涯的媒质中下降; 3)球体就是光滑且刚性的; 4)媒质不会在球面上滑过; Ｆ ｆ Ｐ L H D

5) 球体运动很慢,故运动时所遇的阻力系由媒质的粘滞性所致,而不就是因球体运动所推向前行的媒质的惯性所产生。 小球开始下落时,由于速度尚小,所以阻力不大,但就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: rv gV mg πηρ6+= 于就是小球开始作匀速直线运动,由上式可得: vr g V m πρη6)(-= 令小球的直径为d ,并用ρπ 36d m = ,t l v =,2 d r =代入上式得 : 其中ρ'为小球材料的密度,l 为小球匀速下落的距离,t 为小球下落l 距离所用的时间。 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: 其中D 为容器的内径,H 为液柱高度。 四、实验步骤: 1. 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。 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。 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。 4) 在实验架上放上钢球导管。小球用酒精清洗干净,并用滤纸吸干。 5) 将小球放入钢球导管,瞧其能否阻挡光线,如不能,则适当调整激光器位置。 2. 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。

实验报告粘滞系数测定

实验题目： 落球法测定液体的粘度 目的：根据斯托克斯公式用落球法测定油的粘滞系数 橙色字体的数据是在实验室测量出的原始数据，其他数据是计算所得。 摩擦阻力作用，这就是粘滞阻力的作用。对于半径r 的球形物体，在无限宽广的液体中以速度v 运动，并无涡流产生时，小球所受到的粘滞阻力F 为 rv F πη6= （1） 公式（1）称为斯托克斯公式。其中η为液体的粘滞系数，它与液体性质和温度有关。 如果让质量为m 半径为r 的小球在无限宽广的液体中竖直下落，它将受到三个力的作用，即重力mg 、液体浮力f 为g r ρπ33 4、粘滞阻力rv πη6，这三个力作用在同一直线上，方向如图1所示。起初速度小，重力大于 其余两个力的合力，小球向下作加速运动；随着速度的增加，粘滞阻力也相应的增大，合力相应的减小。当小球所受合力为零时，即 063 403=--rv g r mg πηρπ （2） 小球以速度v 0向下作匀速直线运动，故v 0称收尾速度。由公式（2）可得 36)34 (rv g r m πρπη -= （3） 当小球达到收尾速度后，通过路程L 所用时间为t ，则v 0＝L /t ，将此公式代入公式（3）又得 t rL g r m ?-=πρπη6)34 (3 （4） 上式成立的条件是小球在无限宽广的均匀液体中下落，但实验中小球是在内半径为R 的玻璃圆筒中的液体里下落，筒的直径和液体深度都是有限的，故实验时作用在小球上的粘滞阻力将与斯托克斯公式给出的不同。当圆筒直径比小球直径大很多、液体高度远远大于小球直径时，其差异是微小的。为此在斯托克斯公式后面加一项修正值，就可描述实际上小球所受的粘滞阻力。加一项修正值公式（4）将变成 t R r rL g r m ?? ?? ? ? +-= 4.216)34 (3πρπη （5） 式中R 为玻璃圆筒的内半径，实验测出m 、r 、ρ、t 、L 和R ，用公式（5）可求出液 体的粘滞系数η。 数据处理方法一 图1 图2

用落球法测定液体的粘滞系数

用落球法测定液体的粘滞系数液体的粘滞系数又称为内摩擦系数或粘度。是描述液体内摩擦力性质的一个重要物理量。它表征液体反抗形变的能力，只有在液体内存在相对运动时才表现出来。粘滞系数除了因材料而异之外还比较敏感的依赖温度，液体的粘滞系数随着温度升高而减少，气体则反之，大体上按正比例的规律增长。研究和测定液体的粘滞系数，不仅在材料科学研究方面，而且在工程技术以及其他领域有很重要的作用。 ◆【实验目的】 1.学习用落球法测定液体的粘滞系数的原理和方法 2.熟悉流动液体中的粘滞现象，掌握粘滞现象的一般规律 3.测定蓖麻油的粘滞系数 ◆【仪器及用具】 玻璃量筒、待测液体、游标卡尺、秒表、温度计、米尺、小钢球、读数显微镜 ◆【实验原理】 当流体流动时，各层的流速不同，相邻两层中由于流体分子的热运动，流速慢的流层中的分子进入流速快的流层；同时，流速快的流层中的分子进入流速慢的流层，结果流速快的将变慢，流速慢的将变快。在宏观上就相当于在两流层间产生了相互作用力，我们称这一对相互作用力为内摩擦力或者粘滞力。流体中的这一现象称为粘滞现象。 一个半径为r的金属小球在无限广延的粘滞液体中自由下落时，它受到3个力的作用:（1）小球W=ρVg（V为小球体积；ρ为小球密度；g为重力加速度），方向向下； （2）液体作用于小球的浮力F=ρ0Vg（ρ0为液体的密度），方向向上； （3）由于附着于球面的液体与周围其他液层之间的摩擦力，即小球受到的粘滞阻力f，方向向上。 由于液体是无限广延的，而且小球的半径r很小，小球下落的速度v也很小，这由斯托克斯公式可知： f=6πrηv=3πdηv 式中，d为小球直径；η为该液体在T℃时的粘滞系数，它只与液体性质和温度有关。一般的，液体温度越高，η越小。 在CGS制中η的单位是泊（P），1P=1g/（cm?s）；在SI制中，η的单位是帕斯卡?秒

用落球法测量液体的粘滞系数

实验报告 实验题目： 落球法测定液体的黏 度 实验目的： 本实验的目的是通过用落球法测量油的粘度，学习并掌握测量的原理和方 法。 实验原理： 1、 斯托克斯公式 粘滞阻力是液体密度、温度和运动状态的函数。如果小球在液体中下落时的速度 v 很小，球的半径 r 也很小，且液体可以看成在各方向上都是无限广阔的 F 6 vr ( 1) η 是液体的粘度， SI 制中，η 的单位是 Pa s 2、 雷诺数的影响 雷诺数 R e 来表征液体运动状态的稳定性。设液体在圆形截面的管中的流速为 v ，液 体的密度为 ρ0，粘度为 η，圆管的直径为 2r ，则 奥西思 - 果尔斯公式反映出了液体运动状态对斯托克斯公式的影响： F 6 rv (1 3 R e 19 R e 2 ...) 16 e 1080 e 2 式中 3R e 项和 19R e 项可以看作斯托克斯公式的第一和第二修正项 16 1080 随着 R e 的增大，高次修正项的影响变大。 因 F 是很难测定的 ，利用小球匀速下落时重力、 浮力 、粘滞阻力合力等于零 ，由式(4)R e 2v r 2) 3) 3、 容器壁的影响 考虑到容器壁的影响，修正公式为 r3 3.3 )(1 R e h 16 F 6 rv (1 2.4 1080 R e ...) 4) 4、 η 的表示

...) ( 5) 实验内容 : 1、利用三个橡皮筋在靠近量筒下部的地方， 分出两个长度相等的区域， 利用秒表 测 量小球通过两段区域的时间， 调整橡皮筋的位置， 并保持两段区域等长， 寻找两 次测量时间相等的区域，测出两段区域总长度 l 。 2、选用大、中、小三种不同直径的小球进行实验。 3、用螺旋测微器测定 6 个同类小球的直径，取平均值并计算小球直径的误差。 4、将一个小球在量筒中央尽量接近液面处轻轻投下，使其进入液面时初速度为零， 5、分别测出 6 个小球通过匀速下降区 l 的时间 t ，然后求出小球匀速下降的速度。 6、用相应的仪器测出 R 、h 和 ρ0，各测量三次及液体的温度 T ，温度 T 应取实验开 始时的温度和实验结束时的温度的平均值。应用式（ 7）计算 η 0。 7、计算雷诺数 R e ，并根据雷诺数的大小，进行一级或二级修正。 4 r 3( 0)g 6 rv(1 2.4 r )(1 3.3r )(1 3 R e 19 R e 2 3 0 R h 16 e 1080 e 0 )gd 2 η 1 ( η 18 d d 3 19 2 18v(1 2.4 )(1 3.3 )(1 R e R e 2 ...) 2R 2h 16 1080 6） a. 当 R e ＜时，可以取零级解，则式（ 6）就成为 0 )gd 2 1( 18 v(1 2.42d R )(1 3.32d h ) 7） 即为小球直径和速度都很小时，粘度 η 的零级近似值 时，可以取一级近似解，式（ 6）就成为 它可以表示成为零级近似解的函数： 0 3 dv 0 0 16 0 还必须考虑二级修正，则式（ 6）变成 c.当 R e ＞时， 2 21 1[1 1 270 19 (dv 0 )2] 1 8） 9）

液体粘滞系数测定实验

液体粘滞系数的测量与研究 一 实验目的 1.了解用斯托克斯公式测定液体粘滞系数的原理,掌握其适用条件。 2.学习用落球法测定液体的粘滞系数。 3.熟练运用基本仪器测量时间、长度与温度。 4.掌握用外推法处理实验数据。 二 实验仪器 液体粘滞系数仪、螺旋测微器、游标卡尺、钢板尺、钢球、磁铁、秒表、温度计。 三 实验原理 当物体球在液体中运动时,物体将会受到液体施加的与其运动方向相反的摩擦阻力的作用,这种阻力称为粘滞阻力,简称粘滞力。粘滞阻力并不就是物体与液体间的摩擦力,而就是由附着在物体表面并随物体一起运动的液体层与附近液层间的摩擦而产生的。粘滞力的大小与液体的性质、物体的形状与运动速度等因素有关。 根据斯托克斯定律,光滑的小球在无限广延的液体中运动时,当液体的粘滞性较大,小球的半径很小,且在运动中不产生旋涡,那么小球所受到的粘滞阻力f 为 vd f πη3= (1) 式中d 就是小球的直径,v 就是小球的速度,η为液体粘滞系数。η就就是液体粘滞性的度量,与温度有密切的关系,对液体来说,η随温度的升高而减少(见附表)。 本实验应用落球法来测量液体的粘滞系数。小球在液体中做自由下落时,受到三个力的作用,三个力都在竖直方向,它们就是重力r gV 、浮力r 0gV 、粘滞阻力f 。开始下落时小球运动的速度较小,相应的阻力也小,重力大于粘滞阻力与浮力,所以小球作加速运动。由于粘滞阻力随小球的运动速度增加而逐渐增加,加速度也越来越小,当小球所受合外力为零时,趋于匀速运动,此时的速度称为收尾速度,记为v 0 。经计算可得液体的粘滞系数为 2 018)(v gd ρρη-= (2) 式中0ρ就是液体的密度,ρ就是小球的密度,g 就是当地的重力加速度。 可见,只要测得v 0,即可由(2)式得到液体的粘滞系数。但就是注意,上述推导包括(1)、(2)式都在特定条件下方才适用(见原理的第一段黑体字部分),通过对实验仪器与实验方法的设计,

液体黏度的测定实验报告记录

液体黏度的测定实验报告记录

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物理实验报告 液体黏度的测定 各种实际液体都具有不同程度的黏滞性。当液体流动时，平行于流动方向的各层流体之间，其速度都不相同，即各层间存在着滑动，于是在层与层之间就有摩擦力产生。这一摩擦力称为“黏滞力”。它的方向在接触面内，与流动方向相反，其大小与接触面面积的大小及速度梯度成正比，比例系数称为“黏度”（又称黏滞系数，viscosity ）。它表征液体黏滞性的强弱，液体黏度与温度有很大关系，测量时必须给出其对应的温度。在生产上和科学技术上，凡是涉及流体的场合，譬如飞行器的飞行、液体的管道输送、机械的润滑以及金属的熔铸、焊接等，无不需要考虑黏度问题。 测量液体黏度的方法很多，通常有：①管流法。让待测液体以一定的流量流过已知管径的管道，再测出在一定长度的管道上的压降，算出黏度。②落球法。用已知直径的小球从液体中落下，通过下落速度的测量，算出黏度。③旋转法。将待测液体放入两个不同直径的同心圆筒中间，一圆筒固定，另一圆筒以已知角速度转动，通过所需力矩的测量，算出黏度。④奥氏黏度计法。已知容积的液体，由已知管径的短管中自由流出，通过测量全部液体流出的时间，算出黏度。本实验基于教学的考虑，所采用的是奥氏黏度计法。 实验一 落球法测量液体黏度 一、【实验目的】 1、了解有关液体黏滞性的知识，学习用落球法测定液体的黏度； 2、掌握读数显微镜的使用方法。 二、【实验原理】 将液体放在两玻璃板之间，下板固定，而对上板施以一水平方向的恒力，使之以速度v 匀速移动。黏着在上板的一层液体以速度v 移动；黏着于下板的一层液体则静止不动。液体自上而下，由于层与层之间存在摩擦力的作用，速度快的带动速度慢的，因此各层分别以由大到小的不同速度流动。它们的速度与它们与下板的距离成正比，越接近上板速度越大。这种液体流层间的摩擦力称为“黏滞力”（viscosity force ）。设两板间的距离为x ，板的面积为S 。因为没有加速度，板间液体的黏滞力等于外作用力，设为f 。由实验可知，黏滞力f 与面积S 及速度v 成正比，而与距离x 成反比，即 x v S f η= （2-5-1） 式中，比例系数η即为“黏度”。η的单位是“帕斯卡·秒”（Pa ·s ）或k g ·m -1·s -1。

液体粘滞系数测定实验

液体粘滞系数的测量与研究 一 实验目的 1．了解用斯托克斯公式测定液体粘滞系数的原理，掌握其适用条件。 2．学习用落球法测定液体的粘滞系数。 3．熟练运用基本仪器测量时间、长度和温度。 4．掌握用外推法处理实验数据。 二 实验仪器 液体粘滞系数仪、螺旋测微器、游标卡尺、钢板尺、钢球、磁铁、秒表、温度计。 三 实验原理 当物体球在液体中运动时，物体将会受到液体施加的与其运动方向相反的摩擦阻力的作用，这种阻力称为粘滞阻力，简称粘滞力。粘滞阻力并不是物体与液体间的摩擦力，而是由附着在物体表面并随物体一起运动的液体层与附近液层间的摩擦而产生的。粘滞力的大小与液体的性质、物体的形状和运动速度等因素有关。 根据斯托克斯定律，光滑的小球在无限广延的液体中运动时，当液体的粘滞性较大，小球的半径很小，且在运动中不产生旋涡，那么小球所受到的粘滞阻力f 为 vd f πη3= （1） 式中d 是小球的直径，v 是小球的速度，η为液体粘滞系数。η就是液体粘滞性的度量，与温度有密切的关系，对液体来说，η随温度的升高而减少（见附表）。 本实验应用落球法来测量液体的粘滞系数。小球在液体中做自由下落时，受到三个力的作用，三个力都在竖直方向，它们是重力r gV 、浮力r 0gV 、粘滞阻力f 。开始下落时小球运动的速度较小，相应的阻力也小，重力大于粘滞阻力和浮力，所以小球作加速运动。由于粘滞阻力随小球的运动速度增加而逐渐增加，加速度也越来越小，当小球所受合外力为零时，趋于匀速运动，此时的速度称为收尾速度，记为v 0 。经计算可得液体的粘滞系数为 2 018)(v gd ρρη-= （2） 式中0ρ是液体的密度，ρ是小球的密度，g 是当地的重力加速度。 可见，只要测得v 0，即可由（2）式得到液体的粘滞系数。但是注意，上述推导包括（1）、 （2）式都在特定条件下方才适用（见原理的第一段黑体字部分），通过对实验仪器和实验方

(完整版)粘滞系数测定实验

实验 液体粘滞系数的测定 当液体内各部分之间有相对运动时，接触面之间存在内摩擦力，阻碍液体的相对运动，这种性质称为液体的粘滞性，液体的内摩擦力称为粘滞力。粘滞力的大小与接触面面积以及接触面处的速度梯度成正比，比例系数η称为粘度（或粘滞系数）。 对液体粘滞性的研究在流体力学，化学化工，医疗，水利等领域都有广泛的应用，例如在用管道输送液体时要根据输送液体的流量、压力差、输送距离及液体粘度，设计输送管道的口径。测量液体粘度可采用落球法，毛细管法（奥氏粘滞计），转筒法等方法。本实验根据所用方法的不同，分成两个部分，第一部分采用落球法测定变温情况下的液体（蓖麻油）粘滞系数，第二部分则是采用毛细管法测定室温下的液体粘滞系数（该方法比较适合用于生物医学应用，比如测量血液的粘度）。 实验一 落球法测变温液体的粘滞系数 落球法（又称斯托克斯法）适用于测量粘度较高的液体。一般而言，粘度的大小取决于液体的性质与温度，温度升高，粘度将迅速减小。例如对于蓖麻油，在室温附近温度改变C 1?，粘度值改变约10%。因此，测定液体在不同温度的粘度有很大的实际意义，欲准确测量液体的粘度，必须精确控制液体温度。实验中，小球在液体中下落的时间可用秒表来测量。 一、实验目的 1．用落球法测量不同温度下蓖麻油的粘度。 2．了解PID 温度控制的原理。 3．练习用秒表计时，用螺旋测微计测量小球直径。 二、实验原理 在稳定流动的液体中，由于各层的液体流速不同，互相接触的两层液体之间存在相互作用，流动较慢的液层阻滞着流动较快的液层运动，所以产生流动阻力。实验证明：若以液层垂直的方向作为x 轴方向，则相邻两个流层之间的内磨擦力f 与所取流层的面积S 及流层间速度的空间变化率x v d d 的乘积成正比： S d d f x v ?? η= (1) 其中η称为液体的粘滞系数，它决定液体的性质和温度。粘滞性随着温度升高而减小。如果液体是无限广延的，液体的粘滞性较大，小球的半径很小，且在运动时不产生旋涡，

实验四液体粘滞系数的测定南京农业大学物理

实验四液体粘滞系数的测定 一、实验目的： 1．用落球法测量不同温度下蓖麻油的粘滞系数； 2．了解PID温度控制的原理； 3．练习用秒表测量时间，用螺旋测微器测量直径。 二、实验器材： 变温粘度测量仪，ZKY-PID温控实验仪，秒表，螺旋测微器，游标卡尺、钢球若干。 三、实验原理： 当固体在液体内部运动或液体内各部分之间有相对运动时，接触面之间存在内摩擦力，阻碍固体与液体或液体之间的相对运动，这种性质称为液体的粘滞性，液体的内摩擦力称为粘滞力。粘滞力的大小与接触面面积以及接触面处的速度梯度成正比，比例系数η称为粘滞系数（或粘度）。 对液体粘滞性的研究在流体力学、化学化工、医疗、水利等领域都有广泛的应用，例如在用管道输送液体时要根据输送液体的流量、压力差、输送距离及液体粘滞系数，设计输送管道的口径。 测量液体粘滞系数可用落球法、毛细管法、转筒法等方法，其中落球法适用于测量粘滞系数较高的液体，本实验采用落球法测量液体的粘滞系数。 粘滞系数的大小取决于液体的性质与温度，温度升高，粘滞系数将迅速减小。例如对于蓖麻油，在室温附近温度每改变1?C，粘滞系数值改变约10%。因此，测定液体在不同温度的粘滞系数有很大的实际意义，欲准确测量液体的粘滞系数，必须精确控制液体温度。 1．落球法测定液体的粘滞系数 一个在静止液体中下落的小球受到重力、浮力和粘滞阻力3个力的作用，如果小球的速度v很小，且液体可以看成在各方向上都是无限广阔的，则从流体力学的基本方程可以导出表示粘滞阻力的斯托克斯公式： （1） （1）式中d为小球直径。由于粘滞阻力与小球速度v成正比，小球在下落很短一段距离后（参见附录的推导），所受3力达到平衡，小球将以v0匀速下落，此时有： （2） （2）式中ρ为小球密度，ρ0为液体密度。由（2）式可解出粘滞系数η的表达式：

液体粘滞系数的测定创新实验报告

液体粘滞系数的测定（多管落球法） 创新实验报告 学院：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 专业：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 小组成员：XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX

一．实验名称 液体粘滞系数测定（多管落球法）创新实验 二．实验目的： 液体的粘滞力是交通、运载工具外形设计必须考虑的因素之一，粘滞系数的测定具有实际的应用价值，而实验教材中的实验方案存在较大的实验误差，我们选择进行液体粘滞系数测定（多管落球法）的创新实验，通过这次创新实验我们能够对本实验有进一步的认识与了解。 三．实验教材中的实验方案产生较大误差的步骤：（一）实验中我们用肉眼去判断小球匀速下落的位置，观察小钢球通过刻度线AB，容易产生较大的误差。 （二）人对于事物的反应有偏差。在小钢球通过刻度线AB，人用手按动电子秒表的过程中，人的手接收到大脑发出的信号并且做出按动反应会有一段时间差，再加上肉眼观测的误差，这就导致我们所测定的小球下落时间存在较大的实验误差。 （三）实验中用镊子夹住小球，可能由于手的轻微抖动使得小球不能够准确从液体中心下落，这也容易产生误差。 四．实验改进方向：

用光敏电阻、发光源组成的简易光电门和计时器测定小球下落的时间，从而提高实验的精确度，减小误差。 四．用于减小误差的创新实验方案： （一）创新实验仪器 在原实验仪器（液体粘滞系数仪、钢卷尺、镊子、钢球、温度计、比重计）的基础上，我们的创新实验增加了光敏电阻、发光源、计时器以及千分尺。 （二）创新实验改进原理 光敏电阻、发光源组成的简易光电门测小钢球下落时间的原理：在液体粘滞系数仪的AB处各安装一个光敏电阻与发光源，组成一个简易的光电门，并且使之与计时器相连接，当小钢球通过A线的一瞬间，发光源的光线无法投射到光敏电阻上面，计时器开始计时，当小钢球通过B线再次阻挡发光源的光线时计时器停止计时，此时读取计时器示数。 （三）创新实验步骤 1.调节液体粘滞系数测定仪的底板，使其水平，以保证仪器管中心轴线处于铅直状态。 2.用千分尺测量小球的直径，在不同的方向测量5次取平均值。 3.在液体粘滞系数测定仪上安装发光源、光敏电阻及计

5液体粘滞系数的测定

液体粘滞系数的测定 实验目的 (1) 观察液体的内摩擦现象,了解小球在液体中下落的运动规律。 (2) 用多管落球法测定液体粘滞系数。 (3) 掌握读数显微镜及停表的使用方法。 (4) 学习用外延扩展法获得理想条件的思想方法。 (5) 用作图法及最小二乘法处理数据。 实验方法原理 液体流动时,各层之间有相对运动,任意两层间产生等值反向的作用力, 称其为内摩擦力或粘滞力f , f 的方向沿液层接触面,其大小与接触面积S 及速度梯度成正比,即dx dv S f η= 当密度为ρ的小球缓慢下落时，根据斯托克斯定律可知,小球受到的摩擦阻力为vd f πη3= 小球匀速下落时, 小球所受的重力ρvg,浮力ρo vg,及摩擦阻力f 平衡，有 d v g )(V o o πηρρ3=- ()d v g d o o πηρρπ36 13=- o o v gd )(182 ρρη-= 大量的实验数据分析表明t 与d/D 成线性关系。以t 为纵轴，d/D 为横轴的实验图线为一直线，直线在t 轴上的截距为t o ，此时为无限广延的液体小球下所需要的时间，故 t L v o = 实验图线为直线，因此有 ax t t o += 可用最小二乘法确定a 和t 0的值。 实验步骤 (1) 用读数显微镜测钢珠的直径。 (2) 用卡尺量量筒的内径。 (3) 向量筒内投入钢球，并测出钢球通过上下两划痕之间距离所需要的时间。 (4) 记录室温。 数据处理

o 01.26=t 0527.0=x 37.1=xt 000328.02=x 29.2000328 .00527.037.101.260527.02-=--?= a s t o 01.260527.0)29.2(89.25=?--= s mm t L v o o 61.4== s m kg v gd o ??=-=-/1037.118)(32 ρρη 1. 用误差理论分析本实验产生误差（测量不确定度）的主要原因。怎样减小它的测量误差? 答：主要有小球半径测量不确定度u(d)、小球下落距离测量不确定度u(L)和小球下落时间测量不确定度u(t)等。① u(d)有两种原因：①是小球直径不均匀,因此应求平均半径；②是仪器误差。② u(L)有两种原因：①用钢板尺测L 所带来的误差；②按计数器时，因小球刚好没有对齐标示线而产生的误差。③ u(t)按计数器时所产生的误差。 分析结果可见，小球直径的误差对测量结果影响最大，所以小球不能太小，其次量筒应适当加长，以增加落球时间，从而减少时间测量的误差。 2. 量筒的上刻痕线是否可在液面位置?为什么? 答：不能。因为开始小球是加速运动，只有当小球所受的重力、浮力、粘滞力三力平衡后，小球做匀速运动时，才可以计时，所以不能从液面开始。 3. 为什么小球要沿量筒轴线下落? 答：圆形玻璃量筒的筒壁对小球运动产生严重影响，只能在轴线上运动，才能使筒壁横向的作用力合力为零。

用落球法测量液体的粘滞系数

实验报告 实验题目：落球法测定液体的黏度 实验目的：本实验的目的是通过用落球法测量油的粘度，学习并掌握测量的原理和方 法。 实验原理： 1、 斯托克斯公式 粘滞阻力是液体密度、温度和运动状态的函数。如果小球在液体中下落时的速度v 很小，球的半径r 也很小，且液体可以看成在各方向上都是无限广阔的 vr F πη6= （1） η是液体的粘度，SI 制中，η的单位是s Pa ? 2、 雷诺数的影响 雷诺数R e 来表征液体运动状态的稳定性。设液体在圆形截面的管中的流速为v ，液体的密度为ρ0，粘度为η，圆管的直径为2r ，则 2e v r R ρη = （2） 奥西思-果尔斯公式反映出了液体运动状态对斯托克斯公式的影响： ...)1080 191631(62 +-+ =e e R R rv F πη （3） 式中16 3e R 项和1080192e R 项可以看作斯托克斯公式的第一和第二修正项。 随着R e 的增大，高次修正项的影响变大。 3、 容器壁的影响 考虑到容器壁的影响，修正公式为 ...)1080191631)(3.31)(4.21(62 +- +++=e e R R h r R r rv F πη （4） 4、 η的表示 因F 是很难测定的，利用小球匀速下落时重力、浮力、粘滞阻力合力等于零，由式（4）得 ...)1080 191631)(3.31)(4.21(6)(342 03+-+++=-e e R R h r R r rv g r πηρρπ（5）

η...) 1080 19 1631)(23.31)(24.21()(18 1 22 0+-+++-= e e R R h d R d v gd ρρ （6） a.当R e <时，可以取零级解，则式（6）就成为 ) 23.31)(24.21()(18 1 2 00h d R d v gd ++-= ρρη （7） 即为小球直径和速度都很小时，粘度η的零级近似值。 时，可以取一级近似解，式（6）就成为 ) 23.31)(24.21()(18 1 )1631(2 01h d R d v gd R e ++-= +ρρη 它可以表示成为零级近似解的函数： 00116 3 ρηηdv - = （8） c.当R e >时，还必须考虑二级修正，则式（6）变成 ) 23.31)(24.21()(18 1 )1080191631(2 022h d R d v gd R R e e ++-=- +ρρη 或 ])(2701911[212 1 012ηρηηdv + += （9） 实验内容: 1、利用三个橡皮筋在靠近量筒下部的地方，分出两个长度相等的区域，利用秒表测量小球通过两段区域的时间，调整橡皮筋的位置，并保持两段区域等长，寻找两次测量时间相等的区域，测出两段区域总长度l 。 2、选用大、中、小三种不同直径的小球进行实验。 3、用螺旋测微器测定6个同类小球的直径，取平均值并计算小球直径的误差。 4、将一个小球在量筒中央尽量接近液面处轻轻投下，使其进入液面时初速度为零， 5、分别测出6个小球通过匀速下降区l 的时间t ，然后求出小球匀速下降的速度。 6、用相应的仪器测出R 、h 和ρ0，各测量三次及液体的温度T ，温度T 应取实验开