落球法测液体粘度-仿真
大物实验-落球法测定液体黏度(精品)
实验名称：落球法测定液体黏度（总分：100）实验成绩：87实验者： 周进 学号： 201918130227 实验日期： 2020-06-2 校 区：青岛校区 学院、专业：计算机科学与技术学院-计算机科学与技术一、实验目的（1）观察液体的内摩擦现象，明白测量液体粘度的原理及方法； （2）在虚拟实验平台用落球法测量不同温度下蓖麻油的黏度；（3）学习使用比重计测定液体的密度，用停表来计时，以及用螺旋测微器来测量直径。
二、实验仪器实验的主要装置有：PID 温控试验仪、小钢球、蓖麻油、米尺、螺旋测微器、停表、镊子、量筒、水箱。
三、实验原理1.落球法测定液体黏度的原理液体、气体都是具有黏滞性的流体.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。
相邻流层间存在着相对滑动，于是在各层之间就有内摩擦力产生，这种内摩擦力称为黏滞力。
管道中流动的液体因受到黏滞阻力流速变慢，必须用泵的推动才能使其保持匀速流动；划船时用力划桨是为了克服水对小船前进的黏滞阻力。
这些都是液体具有黏滞性的表现。
实验表明，黏滞力的方向平行于接触面。
它的大小与接触面积及该处的速度梯度成正比，比例系数称为黏滞系数或黏度，通常用字母V 表示，在国际单位制中的单位为Pa • s 。
黏度是表征液体黏滞性强弱的重要参数，它与液体的性质和温度有关。
例如，现代医学发 现，许多心脑血管疾病都与血液黏度的变化有关。
因此，测量血黏度的大小是检査人体血液健 康的重要指标之一。
又如，黏度受温度的影响很大，温度升高时，液体的黏度减小，气体的黏度 增大，选择发动机润滑油时要考虑其黏度应受温度的影响较小。
所以，在输油管道的设计、发动 机润滑油的研究、血液流动的研究等方面，液体黏度的测量都是非常重要的。
测量液体黏度的方法很多，有落球法，扭摆法，转筒法及毛细管法。
本实验所采用的落球法 (也称斯托克斯法)是最常用的测量方法。
其实验原理总结如下：当一个小球在粘滞性液体中下落时，在铅直方向受到三个力的作用：向下的重力mg ，液体对小球的向上的浮力gV F 0ρ=（0ρ是液体的密度，V 是小球的体积），以及小球受到的与其速度方向相反的粘滞阻力f 。
用落球法测量液体的粘度实验报告
用落球法测量液体的粘度实验报告实验名称：用落球法测量液体的粘度实验目的：通过落球法测量液体的粘度，了解粘度的定义及计算方法。
实验原理：粘度是指液体流动阻力的大小。
通过落球法可以测量液体的粘度。
当一球从管子的上端落下时，由于液体的粘滞力，球不能自由下落，而是随时间逐渐减速直到停止。
落球法利用粘滞力对球体的作用直接测得液体黏度，计算公式如下：η=2(g-ρV)/9c其中，η为液体的粘度，g为重力加速度，V为球体体积，ρ为球体密度，c为液体中球体的附面积所造成的阻力系数。
实验器材：落球仪、不锈钢球、粘度杯、天平、计时器。
实验步骤：1. 将清洗干净的粘度杯放置于水平桌面上，从中心位置向四周倾倒粘度杯内液体，使其液面略高于粘度杯口。
2. 用干净柔软的织物揩干不锈钢球的表面和手指指纹，取适量液体注入粘度杯中。
3. 轻轻放入处理好的不锈钢球，并避免球与粘度杯发生碰撞。
4. 将不锈钢球从杯口自由落下，计时器开始计时。
5. 直到不锈钢球停止落下，记录下时间t。
6. 用天平称出不锈钢球的质量m，以及球的直径D和液体的温度θ。
7. 重复以上步骤3至6，得到不同时间下的球体速度v。
8. 用计算公式计算液体的粘度。
η=2(g-ρV)/(9c)9. 根据实验结果计算液体的平均粘度。
实验数据与结果：实验条件：球体质量m=0.13g，球的直径D=2mm，液体密度ρ=1.207g/cm³，液体表面张力＝0.0592N/m，重力加速度g＝9.8m/s²。
实验结果如下：实验时间（s）球体速度v(m/s)0 05 0.037310 0.073815 0.106520 0.139225 0.170230 0.1998计算平均粘度：η = 2(g-ρV)/(9c) = 44.478Pa·s实验结论：本实验使用落球法测量液体的粘度，测量结果为Η=44.48Pa·s。
根据测得的粘度，比较不同液体的粘度大小，观察不同温度下同一液体的粘度变化，加深对粘度概念和测量方法的理解。
大物实验-落球法测定液体黏度(精品)
实验名称：落球法测定液体黏度（总分：100）实验成绩：87实验者： 周进 学号： 201918130227 实验日期： 2020-06-2 校 区：青岛校区 学院、专业：计算机科学与技术学院-计算机科学与技术一、实验目的（1）观察液体的内摩擦现象，明白测量液体粘度的原理及方法； （2）在虚拟实验平台用落球法测量不同温度下蓖麻油的黏度；（3）学习使用比重计测定液体的密度，用停表来计时，以及用螺旋测微器来测量直径。
二、实验仪器实验的主要装置有：PID 温控试验仪、小钢球、蓖麻油、米尺、螺旋测微器、停表、镊子、量筒、水箱。
三、实验原理1.落球法测定液体黏度的原理液体、气体都是具有黏滞性的流体.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。
相邻流层间存在着相对滑动，于是在各层之间就有内摩擦力产生，这种内摩擦力称为黏滞力。
管道中流动的液体因受到黏滞阻力流速变慢，必须用泵的推动才能使其保持匀速流动；划船时用力划桨是为了克服水对小船前进的黏滞阻力。
这些都是液体具有黏滞性的表现。
实验表明，黏滞力的方向平行于接触面。
它的大小与接触面积及该处的速度梯度成正比，比例系数称为黏滞系数或黏度，通常用字母V 表示，在国际单位制中的单位为Pa • s 。
黏度是表征液体黏滞性强弱的重要参数，它与液体的性质和温度有关。
例如，现代医学发 现，许多心脑血管疾病都与血液黏度的变化有关。
因此，测量血黏度的大小是检査人体血液健 康的重要指标之一。
又如，黏度受温度的影响很大，温度升高时，液体的黏度减小，气体的黏度 增大，选择发动机润滑油时要考虑其黏度应受温度的影响较小。
所以，在输油管道的设计、发动 机润滑油的研究、血液流动的研究等方面，液体黏度的测量都是非常重要的。
测量液体黏度的方法很多，有落球法，扭摆法，转筒法及毛细管法。
本实验所采用的落球法 (也称斯托克斯法)是最常用的测量方法。
其实验原理总结如下：当一个小球在粘滞性液体中下落时，在铅直方向受到三个力的作用：向下的重力mg ，液体对小球的向上的浮力gV F 0ρ=（0ρ是液体的密度，V 是小球的体积），以及小球受到的与其速度方向相反的粘滞阻力f 。
【大学物理实验(含 数据+思考题)】仿真实验 落球法测定液体的粘度
仿真实验 / 落球法测定液体的粘度一、实验目的（1）观察液体的粘滞现象；（2）用落球法测量不同温度下蓖麻油的粘度；（3）巩固使用基本测量仪器的技能；（4）了解PID温度控制的原理。
二、实验仪器变温黏度测量仪，ZKY-PID温控实验仪，停表，螺旋测微器，钢球若干，金属镊子。
三、实验原理1.落球法测定液体黏度原理一个在静止液体中下落的小球受到重力、浮力和黏滞阻力3个力的作用，如果小球的速度v很小，且液体可以看成在各方向上都是无限广阔的，则从流体力学的基本方程可以导出表示黏滞阻力的斯托克斯公式：（1）（1）式中d为小球直径。
由于黏滞阻力与小球速度v成正比，小球在下落很短一段距离后，所受外力达到平衡，小球将以匀速下落，此时有：（2）式中ρ为小球密度，ρ为液体密度。
由（2）式可解出黏度η的表达式：（3）本实验中，小球在直径为D的玻璃管中下落，液体在各方向无限广阔的条件不满足，此时黏滞阻力的表达式可加修正系数(1+2.4d/D)，而（3）式可修正为：（4）当小球的密度较大，直径不是太小，而液体的黏度值又较小时，小球在液体会达到较大的值，奥西思-果尔斯公式反映出了液体运动状态对中的平衡速度v斯托克斯公式的影响：（5）其中，Re称为雷诺数，是表征液体运动状态的无量纲参数。
（6）当Re小于0.1时，可认为（1）、（4）式成立。
当0.1<Re<1时，应考虑（5）式中1级修正项的影响，当Re大于1时，还须考虑高次修正项。
考虑（5）式中1级修正项的影响及玻璃管的影响后，黏度η1可表示为：（7）由于3Re/16是远小于1的数，将1/（1+3Re/16）按幂级数展开后近似为1－3Re/16，（7）式又可表示为：（8）已知或测量得到ρ、ρ、D、d、v等参数后，由（4）式计算黏度η，再由（6）式计算Re，若需计算Re的1级修正，则由（8）式计算经修正的黏度η1。
在国际单位制中，η的单位是Pa·s（帕斯卡·秒），在厘米，克，秒制中，η的单位是P（泊）或cP（厘泊），它们之间的换算关系是：1Pa·s=10P=1000cP （9）2.PID条件控制PID调节是自动控制系统中应用最为广泛的一种调节规律，自动控制系统的原理可用图1说明。
大物实验落球法测定液体黏度精品
大物实验-落球法测定液体黏度(精品) 大物实验-落球法测定液体黏度一、实验目的1.通过落球法测定液体的黏度，掌握黏度的概念及测量方法。
2.学习使用计时器和测量仪器，培养实验技能和动手能力。
3.分析实验数据，了解液体黏度与温度的关系。
二、实验原理黏度是描述流体内部摩擦力的物理量，是流体的重要性质之一。
在落球法中，将一已知质量和体积的小球从一定高度自由释放，使其在重力作用下在待测液体中下落。
通过测量小球下落的时间，可以计算出液体的黏度。
根据Stokes定律，小球在黏性液体中下落时受到的阻力为：F=6πηrV式中，η为液体黏度，r为小球半径，V为小球下落速度。
当小球在液体中下落达到稳定速度时，重力与阻力平衡，即：mg=6πηrV由此可得：η=(mg)/(6πrV)实验中，可以通过测量小球下落的时间t来计算其下落速度V。
设小球下落的高度为h，则有：V=(h/t)将V代入上式，可得：η=(mgt)/(6πrh)三、实验步骤1.准备实验器材：计时器、小球、量筒、温度计、待测液体等。
2.将待测液体倒入量筒中，测量其温度和体积。
3.将小球从一定高度自由释放，使其在重力作用下在待测液体中下落。
同时启动计时器记录小球下落的时间t。
4.重复实验3次，取平均值以减小误差。
5.根据实验数据计算液体黏度，并分析其与温度的关系。
四、实验数据分析假设实验得到的数据如下：实验次数液体温度（℃）液体体积（mL）小球质量（g）小球半径（cm）下落高度（cm）下落时间（s）黏度（Pa·s） 1 20 50 10 0.5 10 5.0 0.40 2 25 50 10 0.5 10 4.8 0.42 3 30 50 10 0.5 10 4.5 0.45根据实验数据，我们可以计算每次实验得到的液体黏度，并分析其与温度的关系。
通过计算可得：η1=(mg1t1)/(6πr1h1)=(0.01×9.8×5)/(6×3.14×0.005×0.1)=0.40Pa·s η2=(mg2t2)/(6πr2h2)=(0.01×9.8×4.8)/(6×3.14×0.005×0.1)=0.42Pa·sη3=(mg3t3)/(6πr3h3)=(0.01×9.8×4.5)/(6×3.14×0.005×0.1)=0.45Pa·s 可以看出，随着温度的升高，液体的黏度逐渐增大。
《医用物理》落球法测定液体的粘滞系数实验
1υπρηr g V m 6)(排-=2d r =tl =υ实验三落球法测定液体的粘滞系数【实验目的】（1）掌握用落球法测定液体粘滞系数的原理和方法。
（2）学会使用电子天平，并会称量固体、液体密度。
（3）用落球法实验仪测定液体实时温度下的粘滞系数。
【实验仪器】落球法粘滞系数测定仪，激光光电计时仪，电子天平，砝码，2mm 小钢球，蓖麻油，米尺，千分尺，电子秒表，电子温度计等。
【实验原理】当金属小球在粘滞性液体中铅直下落时，由于附着于球面的液层与周围其他液层之间存在着相对运动，因此小球受到粘滞阻力，它的大小与小球下落的速度有关。
如果液体无限深广，在小球下落速度υ较小的情况下斯托克斯给出：6f r πηυ=（1）式中：r 是小球的半径，υ是小球下落的速度；η为液体的粘度，单位是s Pa ⋅。
如图（一）所示，小球在液体中下落时受到三个竖直方向的力：小球的重力G =mg （m 为小球的质量）；液体作用于小球的浮力F =排gV ρ(V 是小球的体积，ρ是液体的密度)；粘滞阻力6f r πηυ=（其方向与小球运动方向相反）；D 为量筒直径，H 为量筒中液体高度。
小球开始下落时，由于速度尚小，所以阻力f 也不大；但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r gV mg πηυρ6+=排，于是，小球做匀速直线运动。
由上式可得：令小球的直径为d ，并用，代入上式得ρπ'=36d m2)6.11)(4.21(18)(2HdD d l tgd ++-'=ρρηlt gd 18)(2ρρη-'=ltgd 18)(2ρρη-'=)6.11)(4.21(1Hd D d ++（2）式中，ρ'为小钢球的密度，l 为小球匀速下落的距离（即两激光束之间的距离），t 为小球下落l 距离所用的时间。
实验时，待测液体盛于量筒中，如图（一）所示，不能满足无限深广的条件。
实验证明，若小球沿筒的中心轴线下降，式（2）需要做如下修正方能符合实际情况：•式中，D 为量筒直径，H 为量筒中液体高度。
用落球法测定液体粘度
实验原理
1．斯托克斯公式的简单介绍
粘滞阻力是液体密度、温度和运 动状态的函数。从流体力学的基本方 程出发可导出斯托克斯公式： 粘滞阻力： F6 vr
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。
2、用温度计测量油温，在 全部小球下落完后再测量一 次油温，取平均值作为实际 油温。 3、用液体密度计测量甘油 的密度，用游标卡尺测量筒 的内直径,用卷尺测量油柱 深度H。 4、测量下落小球的匀速运动速度 （1）测量上下两个激光束之间的距离。 （2）用激光光电门与电子记时仪测量下落时间。 5、计算液体的粘度及标准不确定度。
当质量为、体积为的小球在密 度为的液体中下落时，作用在 小球上的力有三个，即：（1） 重力 m g ，（2）液体的浮力 3 V ）液体的粘性阻力 g ，（ 6 r 。这三个力都作用在同一铅直 线上，重力向下，浮力和阻力 向上。 球刚开始下落时，速度很小，阻力不大，小 球作加速度下降。随着速度的增加，阻力逐渐加 大，速度达一定值时，阻力和浮力之和将等于重 力，那时物体运动的加速度等于零，小球开始匀 速下落，即 m g V g 6 r
4、数据处理
几何参数的测量（小球的密度=
=7.90103 Kg/m3，油的密度 =0.958 103Kg/m3）
实验过程中小球下落的时间
T1=
0C
，T2=
0C
5 数据处理要求 （1）利用
' 2 ( ) g dt 1 d d 1 8 l ( 1 2 . 4 ) ( 1 1 . 6 ) D H
试验5用落球法测量液体的粘度系数
（3）将小球自量筒上端的中部孔内自由落下，用秒表测出小球经标记线 A、B 的时间 t，则 v = L / t 。
图 3-5-1
小球在液体中下落受到三个力的作用
图 3-5-2
实验装置图
（4）用密度计测液体的密度 ρ 0 ；测定小球的密度可在未放入液体之前，将若干个小 球一起用分析天平称其质量，从而获得每个小球的平均质量大小。亦可由实验室告知小球 的平均质量或平均密度 ρ 。 （5）用温度计测量液体的温度 toC。
·95
【实验原理】
一个小球在液体中运动时，受到与运动方向相反的摩擦阻力作用，这个阻力是由于粘 附在小球表面的液层与邻近液层的摩擦而产生的，它不是小球与液体之间的摩擦力。如果 液体是无限广延的，且在运动中不产生漩涡，则根据斯托克斯定律，小球受到的粘滞力为
f k = 3πηdv
（3-5-2）
式中，d 是小球直径；v 是小球下落速度； η 是液体的粘度系数。 η 与小球的大小种类无关， 但与温度关系密切， 它随温度增加而近似地按指数减小。 η 的单位在国际单位制中是 Pa·s。 如图 3-5-1 所示， 小球在液体中下落时， 受到三个力的作用： 重力 （ ρgV ） 、 浮力 （ ρ 0 gV ） 和粘滞阻力（ f k ） ，其中 ρ 、 ρ 0 分别是小球和液体的密度，V 是小球的体积，g 是重力加 速度。小球下降的开始一段过程，小球受到的重力大于它所受到的浮力与粘滞阻力之和而 加速下落，速度逐渐增大；经一段时间后，速度达到某一数值后不再增大；小球以此速度 匀速度下落，此时粘滞力与浮力之和等于小球的重力。可见，小球作匀速运动的条件为
【预习提要】
（1）满足式（3-5-3）的条件是什么? （2）小球下落过程中计算时间的起始位置如何决定?
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•
修正（小球速度较大）：f
3
v0
d
1
3 16
Re
19 1080
Re 2
, Re
v0d0
雷诺数
Re<0.1不需修正，0.1<Re<1考虑一级修正，1<Re考虑高级修正
• 考虑1级修正项及玻璃管的影响
由于3Re/16远小于1，将1/（1+3Re/16）按幂级数展开后近似为1－3Re/16 Pa·s（帕斯卡·秒）
进入测量界面后，屏幕上方的数据 栏从左至右依次显示序号，设定温度T0， 当前温度T等参数。
温度设定范围为：室温~70℃之间
T (温度) 动态偏差
热滞后
稳定：T≈T0
静态偏差
设定值
设定温度>初始温度
过渡时间
t (时间)
图 2 PID 调节系统过渡过程
二、落球法测定液体粘度原理
• 小球在静止液体中受力分析：
落球法测定液体的粘度
f dv S
dy
液体各部分之间有相对运动时，接触面之间的内摩擦力称为粘滞力。 粘滞系数与液体的性质、温度和流速有关，粘滞系数的测量在工程上有 广泛应用价值。测量方法有落球法、毛细管法、转筒法等。
液体粘滞性的研究在流体力学、化学化工、医疗、水利等领域都有 广泛的应用，例如在用管道输送液体时要根据输送液体的流量、压力差、 输送距离及液体粘度设计输送管道的口径。
实验目的
• 1．用落球法测量不同温度下蓖麻油的粘度 • 2．了解PID温度控制的原理 • 3．练习用停表计时，用螺旋测微计测量直径
实验仪器
变温粘度测量仪，ZKY-PID温控实验 仪，停表，螺旋测微器，钢球若干， 金属镊子，（磁铁，水平仪）
一、PID调节原理
实验原理
温控实验仪包含水箱，水泵，加热 器，控制及显示电路等部分。
小球直径
次数
1
2
3
4
5
6
7
8 平均
d/10-3m
粘滞系数测量
数据处理
• 1.计算各温度下η • 2.坐标纸作图η-T，观察蓖麻油粘度随温度变化趋势 • 3.计算30℃，40℃温度下η的相对误差
问题及思考
• 如何判断小球已进入匀速运动状态？ • 小球表面粗糙，有油脂、尘埃，有哪些影响？ • 小球非沿玻璃管中心下落，对结果有何影响？ • 若样品管倾斜，对结果有何影响？
求Re，若考虑1阶修正
实验内容
• 1.检查仪器前面的水位管，将水箱水加到适当值 • 2.用螺旋测微器测小球直径8次（注意单位、零点校正、估读） • 3.测定小球在液体中下落速度并计算粘度 a) 选定测量区间h，测量过程中不变（20cm） b)设定PID温度，待温度稳定1分钟后（相当于实际10分钟），于玻 璃管中心轻抛小球，秒表自动记录下落h所用t，重复测量5次 c)更改PID温度（由低到高），测25℃、30℃、35℃、40℃、45℃ 、50℃、55℃温度下数据 d）实验全部完成后，用磁铁将小球吸引至样品管口，用镊子夹入 蓖麻油中保存，以备下次实验使用。
重力：G mg 4 d 2 g
3 2
浮力：F
液 gV排
0g
4 3
d 2
2
粘滞力：f 3 v0d
——斯托克斯公式
（假设v很小，液体无限广）
匀速运动后三力平衡： G F f
得： - 0 gd 2
18v0
•
修正（液体非无限广）：
- 0 gd 2
18v0
1
2.4
d D
求Re，若不需修正