落球法測(cè)粘滯系數(shù)

1、第三章 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)一 落球法測(cè)定液體的粘滯系數(shù)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹恳?、觀察液體的內(nèi)摩擦現(xiàn)象，學(xué)會(huì)用落球法測(cè)定流體的粘滯系數(shù)。二、掌握基本物理量時(shí)間、長(zhǎng)度、質(zhì)量的測(cè)量方法?！緦?shí)驗(yàn)原理】一個(gè)小球在液體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，將受到三個(gè)力的作用，即重力、浮力和與運(yùn)動(dòng)方向相反的摩擦阻力作用，這種阻力即為粘滯力。它由粘附在小球表面的液體層與鄰近液層摩擦而產(chǎn)生，如果液體是無(wú)限廣延的，液體的粘滯性較大，小球的半徑很小，而且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不產(chǎn)生旋渦，則根據(jù)斯托克斯定理，小球受到的粘滯力為：f =6rv=3dv （11）式中是液體的粘滯系數(shù)，r是小球的半徑，d是小球的直徑，v是小球的運(yùn)動(dòng)速度。 圖1.1若讓小球自由下落，如圖所示，

2、落入液體后開(kāi)始時(shí)，小球的下落速度較小，粘滯阻力也較小，垂直向下的重力大于垂直向上的浮力及粘滯力的和，小球向下作加速運(yùn)動(dòng)，隨著小球速度的增加，粘滯力也增加，很快地當(dāng)速度達(dá)到某一值v0時(shí)，小球受的合力為零，此后小球就以該速度勻速下落。即根據(jù)力的平衡有： （1）式中是小球的質(zhì)量，是小球的體積，是液體的密度。是重力加速度。故液體粘滯系數(shù)為： (13)上式是小球在無(wú)限廣延的流體中運(yùn)動(dòng)的條件下導(dǎo)出的，如果考慮到實(shí)驗(yàn)中，小球是在內(nèi)徑為，液體高度為的玻璃圓筒中下落，則上式應(yīng)修正為 (1)只需要測(cè)定：、m、d、d、0 等值，就可以算出液體的粘滯系數(shù)。實(shí)驗(yàn)中所用液體為甘油，當(dāng)溫度t=0時(shí)，甘油的密度 ，當(dāng) t0時(shí)

3、，考慮到甘油的體積膨脹，必須將密度修正為： 式中，為甘油的體膨脹系數(shù)?！緦?shí)驗(yàn)儀器】盛有待測(cè)粘滯系數(shù)甘油的玻璃圓筒、游標(biāo)卡尺，千分尺、米尺、秒表、溫度計(jì)、電子天平、10個(gè)小鋼球?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】一、選擇10個(gè)表面光滑直徑相同的小鋼球，用螺旋測(cè)微計(jì)測(cè)出直徑，每個(gè)小球分別測(cè)其直徑3次。二、將10個(gè)小鋼球，一起放在天平上稱其質(zhì)量m,則每個(gè)小鋼球的質(zhì)量為m/10。三、調(diào)節(jié)圓筒，使其中心軸處于鉛直位置，用游標(biāo)卡尺測(cè)量圓筒的外直徑3次（注意測(cè)不同位置），分別減去玻璃厚度為0.5，可得圓筒內(nèi)徑d1、d2、d3、。用米尺量出標(biāo)志線n1與n2之間距離及液體深度。四、鋼球表面完全被所測(cè)的油浸潤(rùn)，先將小鋼球放在甘油中浸一

4、下，然后用鑷子夾起放在圓筒頂端，讓小球下落，用秒表測(cè)出小球從標(biāo)志刻線n1處落到n2處的時(shí)間t，由計(jì)算速度0（測(cè)量時(shí)眼睛應(yīng)平視，即使視線與標(biāo)志線在同一水平面上），分別測(cè)量已編號(hào)的小球各自下落的時(shí)間t；記在相應(yīng)編號(hào)位置上。五、記下此時(shí)油溫。六、根據(jù)各己知數(shù)據(jù)按照公式（1.4）算出值。七、計(jì)算出的不確定度,并表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果?！咀⒁馐马?xiàng)】一、稱小球質(zhì)量時(shí)，應(yīng)徹底清除油污，保持其干燥；二、調(diào)節(jié)圓筒，使其中心軸處于鉛直位置，定n1與n2的位置為離液面和筒底約7cm。此實(shí)驗(yàn)本應(yīng)用一個(gè)小球重復(fù)測(cè)n次求 ，得，但不易做到， 若小球的d非常一致，其差別小到可以認(rèn)為是一樣的小球，即能將重復(fù)測(cè)量的時(shí)間t取平均，再求。

5、我們實(shí)驗(yàn)中小球故作為同一小球看?！緮?shù)據(jù)記錄與處理】一、圓筒直徑：（用卡尺在不同位置測(cè)外徑三次，筒壁厚2.5×10-3m）d1 = m；d2 = m；d3 = m； = m； = 5×10-3 = m。二、幾個(gè)待測(cè)量：n1與n2之間的距離s = m；s = m；液體的深度h = m；h = m；油溫t = ；t = ；10個(gè)小鋼球的總質(zhì)量m= kg;每個(gè)小鋼球的總質(zhì)量m= kg。三、測(cè)定10個(gè)小鋼球直徑。 千分尺零點(diǎn)讀數(shù)s0 = mm 編號(hào) 直徑次數(shù) d（mm）1234567 8910 1 2 3四、10個(gè)小鋼球從n1到n2所需時(shí)間： 次數(shù)時(shí)間 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10t（s） 相對(duì)誤差計(jì)算式： 注：由于其它各量的不確定度較小可以忽略，因此只計(jì)算d和t的不確定度?！舅伎碱}】一、玻璃圓筒上