實(shí)驗(yàn)十二 液體粘滯系數(shù)的測定

1、實(shí)驗(yàn)十二 液體粘滯系數(shù)的測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1了解用斯托克斯公式測定液體粘滯系數(shù)的原理，掌握其適用條件。2學(xué)習(xí)用落球法測定液體的粘滯系數(shù)。實(shí)驗(yàn)器材玻璃圓筒，溫度計(jì)，密度計(jì)，螺旋測微器，游標(biāo)卡尺，天平，米尺，秒表，鑷子，落球，蓖麻油等。實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)物體球在液體中運(yùn)動時，物體將會受到液體施加的與運(yùn)動方向相反的摩擦阻力的作用，這種阻力稱為粘滯阻力，簡稱粘滯力。粘滯阻力并不是物體與液體間的摩擦力，而是由附著在物體表面并隨物體一起運(yùn)動的液體層與附近液層間的摩擦而產(chǎn)生的。粘滯力的大小與液體的性質(zhì)、物體的形狀和運(yùn)動速度等因素有關(guān)。根據(jù)斯托克斯定律，光滑的小球在無限廣延的液體中運(yùn)動時，當(dāng)液體的粘滯性較大，小球的半徑很

2、小，且在運(yùn)動中不產(chǎn)生旋渦，那么小球所受到的粘滯阻力f為 （12-1）式中d是小球的直徑，v是小球的速度，為液體粘滯系數(shù)。就是液體粘滯性的度量，與溫度有密切的關(guān)系，對液體來說，隨溫度的升高而減少（見附表）。Ffmg圖121 本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用落球法來測量液體的粘滯系數(shù)。如圖121，密度為的小球在液體密mg=、浮力F=、粘滯阻力f。開始下落時小球運(yùn)動的速度較小，相應(yīng)的阻力也小，重力大于粘滯阻力和浮力，所以小球作加速運(yùn)動。由于粘滯阻力隨小球的運(yùn)動速度增加而逐漸增加，加速度也越來越小，當(dāng)小球所受合外力為零時，趨于勻速運(yùn)動，此時的速度稱為收尾速度，記為v0。根據(jù)受力分析有 （12-2）經(jīng)計(jì)算可得液體的粘滯系數(shù)為

3、 （12-3）上式成立的條件是小球在無限寬廣的均勻液體中下落，但實(shí)驗(yàn)中小球是在內(nèi)半徑為D的玻璃圓筒中的液體里下落，如圖，筒的直徑和液體深度都是有限的，故實(shí)驗(yàn)時作用在小球上的粘滯阻力將與斯托克斯公式給出的不同。當(dāng)圓筒直徑比小球直徑大很多、液體高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小球直徑時，其差異是微小的。為此在斯托克斯公式后面加一項(xiàng)修正值，就可描述實(shí)際上小球所受的粘滯阻力。加一項(xiàng)修正值公式（123）將變成 （124）式中D為玻璃圓筒的內(nèi)半徑，h為液體深度，實(shí)驗(yàn)測出m、d、0、h、t、L和D，用公式（124）可求出液體的粘滯系數(shù)。式中各量均采用國際單位，的單位為帕秒，記為PaS，1PaS=1kg/(ms)。實(shí)驗(yàn)步驟(一)

4、清點(diǎn)主要儀器1. 粘度儀（玻璃圓筒） 2.溫度計(jì) ( ) 3.密度計(jì) ( ) 4.螺旋測微計(jì) ( ) 5.游標(biāo)卡尺 ( ) 6.米尺 ( ) 7.小球 ( ) 8.秒表 ( ) 9.鑷子 10.待測液體 ( 蓖麻油 ) 11分析天平（）(二)測量 1.調(diào)節(jié)粘度儀底板上的可調(diào)螺釘，使玻璃筒軸線沿鉛直方向； 2.用游標(biāo)卡尺測量玻璃筒內(nèi)直徑D，選不同方向測量五次后取平均。在圓筒油面下面78cm和筒底上方78cm處作標(biāo)記線，用米尺測出兩標(biāo)記線間的距離L，選不同方向測量五次后取平均； 3.用螺旋測微計(jì)測出10個小球的直徑d取平均值，同時用分析天平測10個小球質(zhì)量，求出1個球的質(zhì)量； 4.用鑷子夾起小球在

5、油面中心處放下，用秒表測出小球通過兩標(biāo)記線的距離L時所需的時間t，將數(shù)據(jù)填入表中； 5.實(shí)驗(yàn)前后分別測量一次油液溫度，溫度計(jì)的液泡應(yīng)在兩標(biāo)記線的正中。(三)數(shù)據(jù)表格 量筒內(nèi)徑 D cm， 蓖麻油溫度T ， T末 小球質(zhì)量 10m g， 蓖麻油密度 0 g/cm3 標(biāo)記線間距 L cm， 油深h = cm表12345平均值圓筒直徑D(cm)下落距離L(cm)小球直徑d(cm)下落時間t(s)數(shù)據(jù)處理要求計(jì)算粘滯系數(shù)，并根據(jù)12-4式進(jìn)行修正。注意事項(xiàng) 1小球要于圓筒軸線位置放入。2放入小球與測量其下落時間時，眼與手要配合一致。 3圓筒內(nèi)的液體應(yīng)無氣泡，小球表面應(yīng)光滑無油污。 4測量過程中液體的溫度應(yīng)保持不變，實(shí)驗(yàn)測量過程持續(xù)的時間間隔應(yīng)盡可能短。問題討論1斯托克斯公式的應(yīng)用條件是什么？本實(shí)驗(yàn)是怎樣去