落球法测量液体的粘滞系数.doc

落球法测量液体的粘滞系数落球法测量液体的粘滞系数一、实验内容: 熟悉斯托克斯定律, 掌握用落球法测量液体的粘滞系数的原理和方法。二、实验仪器: 落球法粘滞系数测定仪、小钢球、蓖麻油、千分尺、激光光电计时仪三、实验原理: 如图 1 ,当金属小球在粘性液体中下落时,它受到三个铅直方向的力: 小球的重力、液体作用于小球的浮力(V 为小球体积, 为液体密度) 和粘滞阻力 F( 其方向于小球运动方向相反)。如果液体无限深广,在小球下落速度较小的情况下,有: (1)图1 液体的粘滞系数测量装置上式称为斯托克斯公式, 式中为液体的粘滞系数, 单位是, 为小球的半径。斯托克斯定律成立的条件有以下 5 个方面: 1 )媒质的不均一性与球体的大小相比是很小的; 2 )球体仿佛是在一望无涯的媒质中下降; 3 )球体是光滑且刚性的; 4 )媒质不会在球面上滑过; 5) 球体运动很慢, 故运动时所遇的阻力系由媒质的粘滞性所致, 而不是因球体运动所推向前行的媒质的惯性所产生。小球开始下落时, 由于速度尚小, 所以阻力不大, 但是随着下落速度的增大,阻力也随之增大。最后,三个力达到平衡,即: 于是小球开始作匀速直线运动,由上式可得: 令小球的直径为,并用,,代入上式得: (2) 其中为小球材料的密度, 为小球匀速下落的距离, 为小球下落距离所用的时间。实验时,待测液体盛于容器中,故不能满足无限深广的条件, 实验证明上式应该进行修正。测量表达式为: (3) 其中为容器的内径,为液柱高度。四、实验步骤: 1. 调整粘滞系数测量装置及实验仪器 1) 调整底盘水平, 在仪器横梁中间部位放重锤部件, 调节底盘旋钮,使重锤对准底盘的中心圆点。 2) 将实验架上的两激光器接通电源, 并进行调节, 使其红色激光束平行对准锤线。 3) 收回重锤部件, 将盛有待测液体的量筒放置到实验架底盘中央, 并在实验中保持位置不变。 4) 在实验架上放上钢球导管。小球用酒精清洗干净, 并用滤纸吸干。 5) 将小球放入钢球导管, 看其能否阻挡光线, 如不能, 则适当调整激光器位置。 2. 用温度计测量油温, 在全部小球下落完后再测一次油温, 取其平均值。 3. 测量上下两激光束之间的距离。 4. 将小球放入钢球导管,当小球落下,阻挡上面的红色激光束,秒表开始记时, 到小球落到阻挡下面的红色激光束时, 停止记时, 读出下落时间,重复 6 次。 5. 计算蓖麻油的粘滞系数。五、数据记录和数据处理表格一( mm)