液體粘滯系數(shù)測(cè)定

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1、液體粘滯系數(shù)的測(cè)量與研究一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解用斯托克斯公式測(cè)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(cè)定液體的粘滯系數(shù)。3．熟練運(yùn)用基本儀器測(cè)量時(shí)間、長度和溫度。4．掌握用外推法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。二實(shí)驗(yàn)儀器液體粘滯系數(shù)儀、螺旋測(cè)微器、游標(biāo)卡尺、鋼板尺、鋼球、磁鐵、秒表、溫度計(jì)。三實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)物體球在液體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體將會(huì)受到液體施加的與其運(yùn)動(dòng)方向相反的摩擦阻力的作用，這種阻力稱為粘滯阻力，簡(jiǎn)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(dòng)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(dòng)速度等因素

2、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(dòng)時(shí)，當(dāng)液體的粘滯性較大，小球的半徑很小，且在運(yùn)動(dòng)中不產(chǎn)生旋渦，那么小球所受到的粘滯阻力f為（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(duì)液體來說，隨溫度的升高而減少（見附表）。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用落球法來測(cè)量液體的粘滯系數(shù)。小球在液體中做自由下落時(shí)，受到三個(gè)力的作用，三個(gè)力都在豎直方向，它們是重力、浮力、粘滯阻力f。開始下落時(shí)小球運(yùn)動(dòng)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(dòng)。由于粘滯阻力隨小球的運(yùn)動(dòng)速度增加而逐漸增加，加速度也越來越小

3、，當(dāng)小球所受合外力為零時(shí)，趨于勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)的速度稱為收尾速度，記為v0。經(jīng)計(jì)算可得液體的粘滯系數(shù)為（2）式中是液體的密度，是小球的密度，g是當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?。可見，只要測(cè)得，即可由（2）式得到液體的粘滯系數(shù)。但是注意，上述推導(dǎo)包括（1）、（2）式都在特定條件下方才適用，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)方法的設(shè)計(jì)，這些條件大多數(shù)都可以滿足或近似滿足，唯獨(dú)“無限廣延”在實(shí)驗(yàn)中是無法實(shí)現(xiàn)的。因此，為了準(zhǔn)確測(cè)出液體的粘滯系數(shù)，我們需要進(jìn)一步對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，下面將分別在實(shí)驗(yàn)上采用外推法和在理論上對(duì)計(jì)算公式進(jìn)行修正進(jìn)行測(cè)量，這些方法體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)手段和理論手段在物理實(shí)驗(yàn)中的作用和特點(diǎn)，同時(shí)

4、反映出針對(duì)同一個(gè)問題如何在實(shí)驗(yàn)中層層深入，不斷提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，而這正是物理學(xué)實(shí)驗(yàn)的魅力所在。四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、液體橫向和縱向“無限廣延”之外推法測(cè)量蓖麻油的粘滯系數(shù)采用直徑最小的剛球，在不同的液體深度下（約4個(gè)深度l值），分別測(cè)量4個(gè)管子中小球下落液體高度h（15cm左右，具體數(shù)據(jù)需要測(cè)量）所用的時(shí)間（選擇5-6個(gè)剛球在同一個(gè)管子中下落，記錄每個(gè)小球下落時(shí)間，該過程不可打撈落入液體中的剛球，否則會(huì)改變液體的流動(dòng)狀態(tài)）。2、小球半徑無限小之外推法測(cè)量蓖麻油的粘滯系數(shù)在保證所用管子直徑最大和所裝液體最深時(shí)，利用直徑不同的小球測(cè)量其在液體中下落高度h所需的時(shí)間。3、

5、利用理論修正公式測(cè)量和計(jì)算蓖麻油的粘滯系數(shù)本次試驗(yàn)采用的出修正公式：其中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取管子的直徑D最大，液體的深度l最深，小球的半徑r最小的一組數(shù)據(jù)。雷諾數(shù)為：其中是液體密度，是物體運(yùn)動(dòng)速度或流體穩(wěn)定流速，是運(yùn)動(dòng)物體的線性尺度，對(duì)本實(shí)驗(yàn)而言即小球直徑，是液體的粘滯系數(shù)。五實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表1小鋼球直徑d=0.001mm單位：mm次數(shù)直徑12345平均1.9851.9902.0002.0031.9871.9930.0080.0030.0070.0100.0060.0072.4822.4852.4812.4852.4782.48200.0030.001

6、0.0030.0050.0022.9702.9802.9842.9742.9722.9760.0060.0040.0080.0020.0040.0053.4883.5003.4863.4983.4963.4940.0060.0060.0080.0040.0020.0053.9813.9873.9753.9783.9743.9770.0040.0100.0020.0010.0030.004表2各管子直徑D單位：mm次數(shù)直徑1234平均20.4020.1820.3620.3420.320.049210.080.140.040.020.0725.1625.4425.00

7、25.2025.200.039680.040.240.2000.1237.5437.5037.4837.4837.500.026670.0400.020.020.0248.7848.7049.0048.8248.820.020480.040.120.1800.08表3各管子上兩刻線間的距離h單位：mm次數(shù)距離h12345平均151.0150.5150.2150.4150.6h=150.260.740.240.060.140.34149.0150.2150.5150.1150.21.260.060.240.160.06150.0150.5150.4150.1149.

8、5=0.3