用落球法测液体的粘滞系数

用落球法测液体的粘滞系数 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。 一、 教学目的 1( 观察液体中的内摩擦现象。 2( 掌握用落球法测粘滞系数的原理和方法。 3( 测定甘油的粘滞系数。 二、 教学要求 1( 课前写出初步性。 2( 课堂三个小时完成本实验。 3( 掌握测定液体粘滞系数的一种方法。 4( 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、秒等)。 5( 求出当天环境下甘油的粘滞系数。 6( 课后正确合理的分析误差，算出其测量不确定度并给出测量结果，写出合格的。 三、 教学重点 1( 斯托克斯定律适应的条件。 2( 实验室测量对斯托克斯定律的修正。 3( 测量小球下落的时间时必须保证小球是匀速下落。 四、 讲解内容(问题与解答) 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: dvF,,S, , dx 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: F,6,,rv 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: 2dg，，,,,0 ,,18V0 式中:ρ为圆球密度，ρ为液体密度，d为圆球直径，v为圆球的收尾速度。 00 4( 是否可用上式展开实验,为什么, 显然不能利用上式进行实验。因为实验中无法满足公式中液体为无限广延的条件。 5( 如何利用斯托克斯定律进行实验测量, 实验中，圆球是在半径为R的圆筒内运动，如果只考虑筒壁对圆球运动的影响，则应将斯托克斯定律修正为: r,,,,F,6rv1，K ,,0R,, 2,dg，，,,0, 从而得到: ,d,,18v1，K,,0D,, 此式即为落球法测粘滞系数的实验公式。式中:D为圆筒直径，K为修正系数通常取2.4(也有取2.1)。 6( 用实验公式进行测量有哪些要求, 首先测量用圆筒应尽量的粗一些、长一些，尽量使圆球沿圆筒的中心轴线下落;其次，为了不产生旋涡，圆球的收尾速度不能太大;因此，圆球的直径应该小些。 7( 怎样测量圆球下落的收尾速度V, 0 因为圆球最后是以匀速下落，所以可在圆筒外做两个标记线A、B，其间距L可用直尺测出，当用秒表测出圆球经过L的时间t后，就有V=L/t，由此实验公式可改写为: 0 2,dtg，，,,0, (K=2.4) ,d,,18L1，K,,D,, 8( 在实验过程中，测量的最关键点是什么, 由公式可知ρ、d、L、D均为静态测量，这些量中最关键的则是圆球直径的测量。 0 t的测量为动态测量，其关键点在于圆球下落经过上标记线A以后，必须是匀速运动。若不是，则需将A线下移。 五、 思考题 1.试分析影响实验结果的主要原因是什么, 2.为了减小误差，应对实验中哪些量的测量方法进行改进, 特别提示:注意各测量器具的分度值及测量数据的有效数字位数