落球法测量液体的粘滞系数

1、落球法测量液体的粘滞系数 一、实验内容： 熟悉斯托克斯立律，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： 落球法粘滞系数测左仪、小钢球、龍麻油、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忽V （V为小球体积，为液体密度）和粘滞阻力F （英方向于小 球运动方向相反）。如果液体无限深广，在小球下落速度v较小的情况下，有： F = 677 rv（1） 图1液体的粘滞系数测虽装置 上式称为斯托克斯公式，式中为液体的粘滞系数，单位是Pa s,厂为小球的半径。 斯托克斯宦律成立的条件有以下5个方面

2、： 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： mg = pgV 4-67/rv 于是小球开始作匀速直线运动，由上式可得： ()g 6/zv 厂 令小球的直径为，并用rn = -dyp. v = -, r =-代入上式得: 6t2 (2) t_(p,-p)gd2t n _ 18/

3、其中/为小球材料的密度，/为小球匀速下落的距离，片为小球下落/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。测屋表达式为： 1 (1 + 2碍曲碍) 其中D为容器的内径，H为液柱髙度。 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，并在实验中保持位程 不变。 4）在实验架上放上钢球导管。小球用洒精淸洗干净，并用

4、滤纸吸卩 5将小球放入钢球导管，看英能否阻挡光线，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. 测量上下两激光朿之间的距离/。 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 到阻挡下而的红色激光束时，停止记时，读出下落时间，重复6次。 5. 计算菌麻油的粘滞系数。 五、数据记录和数据处理 表格一 18/ (1 + 2.4 討雋) d (mm) 1 (mm) D (mm) H (mm) pf (Kg/m5) p (Kg/m) 7. 90 xl03 0. 958 xlO3 次 1 2 3 4 5 6

5、 t (s) 表格二 T 二 C -加 0为测量室温下的公认值。 六、思考题： 1）为什么要对测量表达式（2）进行修正？ 提示：斯托克斯定律成立的条件是球体仿佛是在一望无涯的媒质中下降，而实验采用的有限的油柱， 故应进行修正。 2）本实验中如果钢球表面粗糙对实验会有影响吗？ 提示：有。斯托克斯定律成立的条件要求球体是光滑且刚性的C 3）激光束为什么一泄要通过玻璃圆筒的中心轴？ 捉示：激光束如果不通过玻璃圆筒的中心轴，小球下落时就不会阻挡激光束，激光汁时器就得不到启 动信号而不能il时。 4）本实验中不少的同学每次测量的时间完全一样，由此你能够对电子计时仪器提出什么要 求？ 5）如何判断小球在作匀速运动？ 提示