液体粘度的测定【大学物理实验研究论文】.doc

PAGE PAGE 1 2013年大学物理实验研究论文 液体粘度的测定 机械专业12级过控班 摘要： 本文通过理论计算，证明了用落球法测液体粘度时，小球落入液体实验效果最佳的速度。并给出了具体操作方法。通过液体黏度的测定，使实验者观察液体的内摩擦现象，掌握用落球法测量液体黏度的方法，以及学习用比重计测定液体密度的方法和秒表的使用方法。 关键词：粘滞系数、初速度、收尾速度 一 引言 实际的液体、气体具有粘滞性的流体。当液体稳定流动时，平行于流动方向的各层液体速度都不相同，相邻层流之间存在相对滑动，于是就产生了内摩擦力，这种内摩擦力称为粘滞阻力。黏度是表征液体的一个重要参数，因此测量液体黏度具有重大意义。粘度标准 粘度测量除了极特殊的场合都用粘度已知的液体进行比较测量 《 《石油石化节能》， 1988年第二期 二 实验部分 1.实验目的 观察液体内摩擦现象；用落球法测定液体黏度。 学习用比重计测定液体密度的方法和秒表的使用方法。 2. 实验原理 当一小球在粘性液体中下落时，在铅直方向上受到三个力的作用：向下的重力，液体对小球向上的浮力（是液体的密度，V是小球的体积）以及小球受到与其速度方向相反的粘滞阻力?。其中粘滞阻力是由小球表面粘附的液体与周围液体层有相对运动而产生的。如果液体是无限深广的，且运动中不产生漩涡，根据斯托克斯定律 《物理通报》， 王礼祥， 1991年第三期，在液体粘度η的液体中，半径为r、运动速度为ν的小球受到的粘滞阻力 《物理通报》， 王礼祥， 1991年第三期 托克斯公式是计算粘滞性流体中以低速运动的球形物体所受阻力的公式，如水中的尘沙，雾气中的小水滴，溶液中的生物大分子等。 设小球在液体中由静止开始下落。在初始阶段小球的速度较小，相应的粘滞阻力也较小，小球做加速运动。整个下落过程中，小球受到的重力、浮力保持不变，而粘滞阻力与速度成正比。因此随着小球速度的增加，其加速度逐渐减小并趋于零。此后小球做匀速运动，此时的速度成为收尾速度，用表示，小球受到的三力平衡，即 F+?=mg 若小球的密度为ρ，则上式可写成 整理得 由于小球的重力和浮力都与成正比，而粘滞阻力与r成正比，所以收尾速度与成正比，即半径不同的小球在同种液体中的收尾速度是不同的。 计算收尾速度不能直接引用上式，因为量筒中的液体并不是无限深广的，要考虑容器壁对结果的影响。在考虑上述影响后，公式修正为 由上式可知，已知小球的半径和密度，通过测量收尾速度可以测出液体的黏度。同样已知液体的黏度，通过测量小球的收尾速度可以测出小球的半径。对小到难以测量的球形体的直径（如生物大分子、小油滴等），这种方法也很有效的。 天空中漂浮的云由直径约为0.00001米的小水滴构成的，其在空气中的收尾速度约为1毫米每秒，这样一个很小的上升气流即可使其浮于空中。而高空中下落的雨滴的收尾速度约为每秒几米，对运动速度较大的小球有可能出现湍流的情况，斯托克公式不在成立，此时要做另一种修正。 实验器材 量筒，小球，秒表，米尺，螺旋测微器，游标卡尺，镊子，比重计，温度计等。 实验内容 1) 测量标志线间的距离L，两标志线距离上下页面一般不小于5㎝ 。 2) 选择十个表面光滑、种类相同的小球，用螺旋测微计分别测出直径d。 3）依次将小球从液面中心静止释放，用秒表测出小球下落距离L所用的时间t。 4） 用米尺测出液体的深度H。 5） 用游标卡尺测出量筒内经。用比重计测出液体的比重并换算成密度。小球的密度有实验室给出。 6） 计算η及标准差。 注意事项 1） 实验过程中油保持静止，油中无气泡。 2） 为保持实验时温度不变，应避免用手捧握量筒。 3） 量筒应铅直放置，使小球沿着筒的中心线下落。 4）量筒上下部的环线标志应水平。 数据处理 次数 1 2 3 4 5 d/㎜ 1.979 1.990 1.998 1.989 2.015 t/s 16.71 16.57 16.50 16.43 15.97 次数 6 7 8 9 10 d/㎜ 1.978 1.995 1.979 1.995 1.979 t/s 16.63 16.25 16.68 16.28 16.64 =7802 , =965 , =5 , Τ=24.5℃， =22.5℃， =24.5℃， =8.274*， H=0.3645m， L=0.2500m， =0.001m， =16.47s， =1.990㎜， =0.003