落球法測(cè)量液體的粘滯系數(shù)

1、激光光電計(jì)時(shí)儀落球法測(cè)量液體的粘滯系數(shù)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：熟悉斯托克斯定律，掌握用落球法測(cè)量液體的粘滯系數(shù)的原理和方法。二實(shí)驗(yàn)儀器:落球法粘滯系數(shù)測(cè)定三、實(shí)驗(yàn)原理：如圖1，當(dāng)金屬小球在粘性液體中下落時(shí)，它受到三個(gè)鉛直方向的力：小球的重力mg、液體作用于小球的浮力PgV（ V為小球體積，P為液體密度）和粘滯阻力F （其方向于小球運(yùn)動(dòng)方向相反）。如果液體無(wú)限深廣，在小球下落速度v較小的情況下，有：圖1液體的粘滯系數(shù)測(cè)雖裝置F =60rv181上式稱為斯托克斯公式，式中n為液體的粘滯系數(shù)，單位是Pas, r為小球的半 徑。斯托克斯定律成立的條件有以下5個(gè)方面:1）媒質(zhì)的不均一性與球體的大小相比是很小的；2）

2、球體仿佛是在一望無(wú)涯的媒質(zhì)中下降；3）球體是光滑且剛性的；4）媒質(zhì)不會(huì)在球面上滑過(guò)；5）球體運(yùn)動(dòng)很慢，故運(yùn)動(dòng)時(shí)所遇的阻力系由媒質(zhì)的粘滯性所致，而不是因球體運(yùn)動(dòng)所推向前行的媒質(zhì)的慣性所產(chǎn)生。小球開(kāi)始下落時(shí)，由于速度尚小，所以阻力不大，但是隨著下落速度的增大，阻力也隨 之增大。最后，三個(gè)力達(dá)到平衡，即：mg =卩 gV +6 汀 2rv于是小球開(kāi)始作勻速直線運(yùn)動(dòng)，由上式可得：n (m-VP)g令小球的直徑為d，并用m兀3|弓代入上式得：=d3P, v =-6t(滸DP)qd千(2)181其中P'為小球材料的密度，1為小球勻速下落的距離，t為小球下落1距離所用的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)時(shí)，待測(cè)液體盛于容器

3、中，故不能滿足無(wú)限深廣的條件，實(shí)驗(yàn)證明上式應(yīng)該進(jìn)行修正。測(cè)量表達(dá)式為：其中D為容器的內(nèi)徑，H為液柱高度。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1 調(diào)整粘滯系數(shù)測(cè)量裝置及實(shí)驗(yàn)儀器調(diào)節(jié)底盤(pán)旋鈕，使重錘對(duì)準(zhǔn)底盤(pán)的1 ）調(diào)整底盤(pán)水平，在儀器橫梁中間部位放重錘部件, 中心圓點(diǎn)。將實(shí)驗(yàn)架上的兩激光器接通電源，并進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其紅色激光束平行對(duì)準(zhǔn)錘線。收回重錘部件，將盛有待測(cè)液體的量筒放置到實(shí)驗(yàn)架底盤(pán)中央，并在實(shí)驗(yàn)中保持位置不變。在實(shí)驗(yàn)架上放上鋼球?qū)Ч?。小球用酒精清洗干凈，并用濾紙吸干。將小球放入鋼球?qū)Ч?，看其能否阻擋光線，如不能，則適當(dāng)調(diào)整激光器位置。2. 用溫度計(jì)測(cè)量油溫，在全部小球下落完后再測(cè)一次油溫，取其平均值。3. 測(cè)量上

4、下兩激光束之間的距離I。4. 將小球放入鋼球?qū)Ч?，?dāng)小球落下，阻擋上面的紅色激光束，秒表開(kāi)始記時(shí)，到小球落到阻擋下面的紅色激光束時(shí)，停止記時(shí)，讀出下落時(shí)間，重復(fù)6次。5. 計(jì)算龍麻油的粘滯系數(shù)。五、數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)處理表格一d( mmI (mmD（mri）H (mm3P (Kg/m)P (Kg/m?)7.90 X1030.958 咒 10艮表格二T=°C次123456t (S)口 (MP)qcR18dd1 1(1 + 2-4)(1 +1.6)DH-%為測(cè)量室溫下的公認(rèn)值。六思考題：1 ）為什么要對(duì)測(cè)量表達(dá)式（2）進(jìn)行修正？提示：斯托克斯定律成立的條件是球體仿佛是在一望無(wú)涯的媒質(zhì)中下降，而實(shí)驗(yàn)采用的有限的油柱，故應(yīng)進(jìn)行修正。2）本實(shí)驗(yàn)中如果鋼球表面粗糙對(duì)實(shí)驗(yàn)會(huì)有影響嗎？提示：有。斯托克斯定律成立的條件要求球體是光滑且剛性的。3）激光束為什么一定要通過(guò)玻璃圓筒的中心軸？提示：激光束如果不通過(guò)玻璃圓筒的中心軸，小球下落時(shí)就不會(huì)阻擋激光束，激光計(jì)時(shí)器就得不到啟動(dòng)信號(hào)而不能計(jì)時(shí)。4）本實(shí)驗(yàn)中不少的同學(xué)每次測(cè)量的時(shí)間完全一樣，由此你能夠?qū)﹄娮佑?jì)時(shí)儀器提出什么要求？5）如何判斷小球在作勻速運(yùn)動(dòng)？提示：讓小球貼近液