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文档简介

1、第三章 基础性实验实验一 落球法测定液体的粘滞系数【实验目的】一、观察液体的内摩擦现象,学会用落球法测定流体的粘滞系数。二、掌握基本物理量时间、长度、质量的测量方法。【实验原理】一个小球在液体中运动时,将受到三个力的作用,即重力、浮力和与运动方向相反的摩擦阻力作用,这种阻力即为粘滞力。它由粘附在小球表面的液体层与邻近液层摩擦而产生,如果液体是无限广延的,液体的粘滞性较大,小球的半径很小,而且在运动过程中不产生旋涡,则根据斯托克斯定理,小球受到的粘滞力为:f =6rv=3dv (11)式中是液体的粘滞系数,r是小球的半径,d是小球的直径,v是小球的运动速度。 图1.1若让小球自由下落,如图所示,

2、落入液体后开始时,小球的下落速度较小,粘滞阻力也较小,垂直向下的重力大于垂直向上的浮力及粘滞力的和,小球向下作加速运动,随着小球速度的增加,粘滞力也增加,很快地当速度达到某一值v0时,小球受的合力为零,此后小球就以该速度匀速下落。即根据力的平衡有: (1)式中是小球的质量,是小球的体积,是液体的密度。是重力加速度。故液体粘滞系数为: (13)上式是小球在无限广延的流体中运动的条件下导出的,如果考虑到实验中,小球是在内径为,液体高度为的玻璃圆筒中下落,则上式应修正为 (1)只需要测定:、m、d、D、0 等值,就可以算出液体的粘滞系数。实验中所用液体为甘油,当温度T=0时,甘油的密度 ,当 T0时

3、,考虑到甘油的体积膨胀,必须将密度修正为: 式中,为甘油的体膨胀系数。【实验仪器】盛有待测粘滞系数甘油的玻璃圆筒、游标卡尺,千分尺、米尺、秒表、温度计、电子天平、10个小钢球。【实验内容】一、选择10个表面光滑直径相同的小钢球,用螺旋测微计测出直径,每个小球分别测其直径3次。二、将10个小钢球,一起放在天平上称其质量M,则每个小钢球的质量为M/10。三、调节圆筒,使其中心轴处于铅直位置,用游标卡尺测量圆筒的外直径3次(注意测不同位置),分别减去玻璃厚度为0.5,可得圆筒内径D1、D2、D3、。用米尺量出标志线N1与N2之间距离及液体深度。四、钢球表面完全被所测的油浸润,先将小钢球放在甘油中浸一

4、下,然后用镊子夹起放在圆筒顶端,让小球下落,用秒表测出小球从标志刻线N1处落到N2处的时间t,由计算速度0(测量时眼睛应平视,即使视线与标志线在同一水平面上),分别测量已编号的小球各自下落的时间t;记在相应编号位置上。五、记下此时油温。六、根据各己知数据按照公式(1.4)算出值。七、计算出的不确定度,并表示实验结果。【注意事项】一、称小球质量时,应彻底清除油污,保持其干燥;二、调节圆筒,使其中心轴处于铅直位置,定N1与N2的位置为离液面和筒底约7cm。此实验本应用一个小球重复测n次求 ,得,但不易做到, 若小球的d非常一致,其差别小到可以认为是一样的小球,即能将重复测量的时间t取平均,再求。

5、我们实验中小球故作为同一小球看。【数据记录与处理】一、圆筒直径:(用卡尺在不同位置测外径三次,筒壁厚2.5×10-3m)D1 = m;D2 = m;D3 = m; = m; = 5×10-3 = m。二、几个待测量:N1与N2之间的距离S = m;S = m;液体的深度h = m;h = m;油温T = ;T = ;10个小钢球的总质量M= kg;每个小钢球的总质量m= kg。三、测定10个小钢球直径。 千分尺零点读数S0 = mm 编号 直径次数 d(mm)1234567 8910 1 2 3四、10个小钢球从N1到N2所需时间: 次数时间 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10t(s) 相对误差计算式: 注:由于其它各量的不确定度较小可以忽略,因此只计算d和t的不确定度。【思考题】一

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