落球法测量液体的粘滞系数
落球法测量粘滞系数
01
02
03
绘制粘滞系数（h）-温度（T）曲线
估算间接测量不确定度
实验中误差来源的分析
数据处理
预写实验报告
复习实验步骤
作业
！
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这是1个一阶线性微分方程，其通解为：
(A1)
(A2)
(A3)
由（6）式可计算平衡时间。 若钢球直径为10-3m，代入钢球的密度r，蓖麻油的密度r0及40 ºC时蓖麻油的粘度h = 0.231 Pa·s，可得此时的平衡速度约为v0 = 0.016 m/s，平衡时间约为t0 = 0.013 s。 平衡距离L小于平衡速度与平衡时间的乘积，在我们的实验条件下，小于1mm，基本可认为小球进入液体后就达到了平衡速度
1.落球法测定液体的粘度
02
式中d为小球直径
式中r为小球密度，r0为液体密度。由（3）式可解出粘度h的表达式:
(3)
(4)
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，（4）式可修正为
(5)
落球法变温粘度测量仪
01
秒表
02
水平仪
03
开放式PID温控实验仪 温控实验仪包含水箱，水泵，加热器，控制及显 示电路等部分
粘滞系数的误差传递函数
壹
贰
小球的密度r
（7.8±0.1）×103 Kg/m3
蓖麻油的密度r0
（0.95±0.01）×103 Kg/m3
玻璃管直径D
（2.0±0.1）×10-2 m
小球直径d
（1.00±0.02）×10-3 m
太原地区重力 加速度g
实验11落球法测量液体的粘滞系数
福建农林大学物理实验要求及原始数据表格实验11落球法测量液体的粘滞系数专业___________________学号___________________姓名___________________一、预习要点1.落球法测定粘滞系数的基本原理是什么？2.表示粘滞阻力的斯托克斯公式受到怎样的局限？实验中如何修正？二、实验内容使用变温粘度仪测定不同温度下蓖麻油的粘滞系数。
三、实验注意事项1.控温时间至少保证10分钟以上，从而使得样品温度与加热水温一致；2.调节样品管的铅直，尽量保证小球沿样品管中心下落；3.测量过程中，尽量避免对液体的扰动；4.从0刻线开始，小球每下落5cm计时一次，计时要眼明手快，保证视线与管壁刻线水平。
5.为保证数据的一致性，选用唯一的小球进行实验，完成实验后，将小球保存于样品管中的蓖麻油里，防止氧化，以备下次实验使用。
四、原始数据记录表格组号________ 同组人姓名____________________ 成绩__________ 教师签字_______________温度每上升5°C左右测量一次，依照室温情况，测量范围可以在20°C ~55°C间任意选择，但40°C必做。
五、数据处理要求1.计算出不同温度条件下小球下落的速度及蓖麻油的粘滞系数，结果填入表格中，保留三位有效数字；2.用坐标纸画出蓖麻油粘滞系数与温度的关系曲线；3.依照书本的理论值，求出40°C时蓖麻油粘滞系数的相对误差，并分析引起误差的原因。
1福建农林大学物理实验要求及原始数据表格六、数据处理注意事项1.画图时，粘滞系数 为纵坐标，温度T为横坐标，作一条平滑的曲线；2.相对误差保留二位有效数字。
七、思考题1.落球法为什么只适用于测量粘滞系数较高的液体？2.为什么落球要在圆筒中心轴线垂直下落？如果不满足该条件，会导致测量值偏大还是偏小？2。
落球法测量液体粘滞系数
落球法测量液体的粘滞系数实验报告一、问题背景液体流动时，平行于流动方向的各层流体速度都不相同，即存在着相对滑动，于是在各层之间就有摩擦力产生，这一摩擦力称为粘滞力（或粘滞系数），它的方向平行于接触面，其大小与速度梯度及接触面积成正比，比例系数η称为粘度，它是表征液体粘滞性强弱的重要参数。
液体的粘滞系数和人们的生产，生活等方面有着密切的关系，比如医学上常把血粘度的大小做为人体血液健康的重要标志之一。
又如，石油在封闭管道中长距离输送时，其输运特性与粘滞性密切相关，因而在设计管道前，必须测量被输石油的粘度。
测量液体粘度可用落球法，毛细管法，转筒法等方法，其中落球法适用于测量粘度较高的透明或半透明的液体，比如：蓖麻油、变压器油、甘油等。
二、实验目的1．学习和掌握一些基本物理量的测量。
2．学习激光光电门的校准方法。
3．用落球法测量蓖麻油的粘滞系数。
三、实验仪器DH4606落球法液体粘滞系数测定仪、卷尺、螺旋测微器、电子天平、游标卡尺、钢球若干。
四、实验原理处在液体中的小球受到铅直方向的三个力的作用：小球的重力mg（m为小球质量）、液体作用于小球的浮力gVρ（V是小球体积，ρ是液体密度）和粘滞阻力F（其方向与小球运动方向相反）。
如果液体无限深广，在小球下落速度v较小情况下，有（1）上式称为斯托克斯公式，其中r是小球的半径；η称为液体的粘度，其单位是sPa⋅。
小球在起初下落时，由于速度较小，受到的阻力也就比较小，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（2） 此时，小球将以0v 作匀速直线运动，由（2）式可得：（3）令小球的直径为d ，并用'36ρπd m =，t lv =0，2dr =代入（3）式得（4）其中'ρ为小球材料的密度，l 为小球匀速下落的距离，t 为小球下落l 距离所用的时间。
实验过程中，待测液体放置在容器中，故无法满足无限深广的条件，实验证明上式应进行如下修正方能符合实际情况：（5）其中D 为容器内径，H 为液柱高度。
【精品】落球法测量液体的粘滞系数
【精品】落球法测量液体的粘滞系数液体的粘滞系数是指单位面积上两层流体在相对运动时所受到的剪切应力的比值，也就是黏性的量度。
在工业、生产和科学研究等领域中，液体的粘滞系数是一个非常重要的参数。
在化学、药品、民用和环保领域中，测定液体的粘滞系数会直接影响到液体的使用和品质。
通过落球法测量液体粘滞系数的方法已经被广泛应用于实际生产和实验研究中。
接下来将详细介绍落球法测量液体粘滞系数的原理、步骤和注意事项。
1.实验原理落球法是通过测量液体对采用特定顺序掉落的球的阻力大小，来推导出液体的粘滞系数，也称为斯托克斯法。
当液体中的一个球在受力平衡下自由落下时，其滑动阻力与重力相等，此时运动的速度达到稳定状态即恒速状态。
斯托克斯公式如下：F=6πηrv其中，F是球所受的阻力，η是流体粘度，r是球半径，v是球的降速度。
所以，液体粘度可以根据公式推算而得。
2.实验步骤2.1 器材准备实验器材准备如下：称量器、物理天平、万能架、滑动卡尺、测定液体、掉球器、支架灵敏度等。
2.2 实验前准备确定采用哪一种球进行实验，并注意该球的重量、半径和密度等参数，并确保球表面必须光滑。
将掉落器的底部设定为垂直于测量板并与水平面相等，并确保测量板的温度稳定。
取一定量的液体，将其转移至规定的容器中，在容器中保留足够的空间让球自由下落。
①将测定液体倒入容器中，确保液面高度超过掉落球轨道的最低位置。
注意，要等待液体温度稳定。
②仔细地沿着轨道掉落球。
③随后根据滑动卡尺得到球的降落距离。
④重复上述实验，至少取3次实验结果，以得到更为准确的粘滞系数。
3.注意事项①实验中必须确保液体温度稳定，并在测量前等待液体温度稳定。
②球表面必须光滑，以确保实验的准确性。
③实验室环境应尽可能减少干扰因素。
④在实验中，控制液体的落球速度必须稳定。
4.实验数据处理通过上述实验步骤所获得的数据，可以根据斯托克斯公式计算液体粘着力值。
如果实验数值有误差，可以通过多次实验，并对数据进行平均数计算，以获得更准确的结果。
实验一 落球法测液体的粘滞系数
第三章 基础性实验实验一 用落球法测量液体的黏滞系数【实验目的】1. 根据斯托克斯公式用落球法测定液体的黏滞系数。
2. 了解斯托克斯公式的修正方法。
【实验仪器】液体黏滞系数仪，米尺，游标卡尺，螺旋测微器，秒表，温度计，小钢球，比重计，镊子，蓖麻油，天平。
【实验原理】当半径为r 的光滑圆球以速度v 在液体中运动时，小球受到与运动方向相反的摩擦阻力的作用，这个阻力称为黏滞(阻)力。
黏滞力并不是小球和液体之间的摩擦力，而是由于黏附在小球表面的液层与相邻液层之间的内摩擦而产生的。
若小球的半径很小，液体是无限广延且黏性较大，如速度不大，在液体中不产生涡流的情况下，根据斯托克斯定律，小球在液体中受到的黏性力F 为：rv F πη6= (1-1)式子中r 为小球的半径，v 为小球的运动速度，η为液体的黏滞系数。
本实验采用落球法测液体的黏滞系数。
一质量为m 的小球落入液体后受到三个力的作用，即重力mg 、浮力gV 0ρ(0ρ为液体的密度，V 为小球的体积)和黏滞力F 。
在小球刚进入液体时，由于重力大于黏滞力和浮力之和，所以小球作加速运动。
随着小球运动速度的增加，黏滞力也增加，设当速度增加到0v 时，小球受到的合外力为零，此时有：gV rv mg 006ρπη+= (1-2)以后小球将以速度0v 匀速下降，此速度称为终极速度。
将小球的体积34()32d Vπ=代入式(1-2)可得： 200()18gd v ρρη-= (1-3) 式(1-3)是奥西斯—果尔斯公式的零级近似，适用于小球在无限广延的液体中运动的情况。
而在本实验中，小球是在半径为R 的装有液体的圆筒内运动的，这时测得的速度v 和理想条件下的速度0v 之间存在如下关系：)3.31)(4.21(0h r R r v v ++= (1-4) 式中，/2rd =，R 为盛液体圆筒的内半径，h 为液体的深度，将式(1-4)代入式(1-3)中，得出： )3.31)(4.21(18)(20hr R r gd ++-='ρρη (1-5) 实验时，先由式(1-3)求出近似值，再用式(1-5)求出经修正的值η'。
《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。
3-1落球法测量液体的粘滞系数
物理实验报告年级专业： 姓名： 学号： 组别：一、实验名称：落球法测量液体的黏滞系数二、实验目的：掌握落球法测量液体的黏滞系数的原理，并用落球法测定蓖麻油的黏滞系数 三、实验器材：变温黏度测量仪，ZKY-PID 温控实验仪，秒表，螺旋测微仪，钢球若干。
四、实验原理：1.基本构思：金属小球在蓖麻油中下落，在竖直方向达到受力平衡时，开始匀速运动，通过受力平衡的分析，找到影响蓖麻油黏度的因素，并通过实验的方法测量出黏度大小。
2.实验原理当金属小球在黏滞液体中下落时，它受到三个铅直方向的力：小球的重力G 、小球受到的液体浮力F 和黏滞阻力f 。
如果液体的黏滞性较大，小球的质量均匀、体积较小、表面光滑，小球在液体中下落时不产生漩涡，而且下落速度v 较小，则小球所受的黏滞阻力为vd f πη3= （3-1-2）该式称为斯托克斯公式，其中η是液体的黏度，d 是小球的直径，v 是小球在流体中运动时相对于流体的速度。
当小球开始下落时，速度较小，所受的黏滞阻力也较小，此时小球做加速运动；但随着下落速度的增大，黏滞阻力也随之增大，当小球速度达到一定数值0v （收尾速度）时，三个力达到平衡，小球所受合力为零，小球做匀速运动，此时G=F+f （3-1-3）即d v gV mg 003πηρ+= （3-1-4）式中m 、V 分别表示小球的质量和体积，0ρ表示液体的密度，如果用ρ表示小球的密度，则小球的体积V 为3)2(34d V π=小球的质量m 为ρπρ36d V m ==代入并整理得：03018)(v gd ρρη-= （3-1-5）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，此时粘滞阻力的表达式可加修正系数（1+2.4d/D ），上式可修正为：)/4.21(18)(030D d v gd +-=ρρη （3-1-6）当小球密度较大，直径不是太小，而液体的黏度值又较小时，小球在液体中的平衡速度0v 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斯托克斯公式的影响：)Re 108019Re 1631(320⋅⋅⋅+-+=d v f πη （3-1-7）其中Re 称为雷诺数，是表征液体运动状态的无量纲参数。
落球法测液体粘滞系数实验报告
落球法测液体粘滞系数实验报告落球法测液体粘滞系数实验报告引言液体的粘滞性质是指其内部分子间的摩擦阻力，是液体流动过程中的重要参数。
粘滞系数是描述液体粘滞性质的物理量，它与液体的黏度密切相关。
本实验采用落球法测量液体的粘滞系数，通过实验数据的分析，探究不同液体的粘滞性质以及其与温度的关系。
实验步骤1. 实验器材准备：实验所需的器材包括落球仪、计时器、温度计、容器等。
2. 实验液体准备：选择不同液体进行实验，如水、甘油、酒精等，分别倒入容器中。
3. 实验环境准备：将实验室温度调整到稳定状态，并记录下实验开始时的温度。
4. 实验操作：将落球仪放置在容器中，将液体从仪器顶部注入，待液体稳定后，观察落球的速度，并用计时器记录下落球所需的时间。
5. 实验数据记录：根据实验操作的结果，记录下不同液体在不同温度下的落球时间。
实验结果与分析根据实验数据，我们可以计算出不同液体在不同温度下的粘滞系数。
通过对实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1. 不同液体的粘滞系数不同：根据实验数据，我们可以发现不同液体的粘滞系数存在差异。
例如，水的粘滞系数较小，而甘油的粘滞系数较大。
这是因为液体的粘滞系数与其分子间的相互作用力有关，不同液体的分子结构和化学性质不同，因此其粘滞系数也会有所差异。
2. 温度对粘滞系数的影响：通过对不同温度下的实验数据进行比较，我们可以发现温度对液体的粘滞系数有一定的影响。
一般来说，随着温度的升高，液体的粘滞系数会减小。
这是因为温度的升高会增加液体分子的热运动能量，使得分子间的相互作用力减弱，从而降低了液体的粘滞性。
3. 实验误差的考虑：在实验过程中，由于各种因素的影响，可能会存在一定的误差。
例如，由于仪器的精度限制或操作不准确等原因，实验数据可能会有一定的偏差。
为了减小误差的影响，我们可以多次进行实验，并取平均值来提高数据的准确性。
结论通过落球法测量液体的粘滞系数，我们可以得出不同液体的粘滞性质以及其与温度的关系。
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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与方法。
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mg 、液体作用于小球的浮力gV ρ(V 为小球体积,ρ为液体密度)与粘滞阻力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v 较小的情况下,有:
rv F πη6= (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η为液体的粘滞系数,单位就是s Pa ⋅,r 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就是很小的;
2)球体仿佛就是在一望无涯的媒质中下降; 3)球体就是光滑且刚性的; 4)媒质不会在球面上滑过;
Ｆ
ｆ Ｐ
L
H
D
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,而不就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,但就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:
rv gV mg πηρ6+=
于就是小球开始作匀速直线运动,由上式可得:
vr
g
V m πρη6)(-=
令小球的直径为d ,并用ρπ
36d m =
,t l v =,2
d
r =代入上式得
: 其中ρ'为小球材料的密度,l 为小球匀速下落的距离,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:
其中D 为容器的内径,H 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,瞧其能否阻挡光线,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l。
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、数据记录与数据处理
表格一
表格二 T= 0C
η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就是球体仿佛就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不？
提示:有。
斯托克斯定律成立的条件要求球体就是光滑且刚性的。
3）激光束为什么一定要通过玻璃圆筒的中心轴？
提示: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,激光计时器就得不到启动信号而不能计时。
4）本实验中不少的同学每次测量的时间完全一样,由此您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:让小球贴近液面下落,测量其经过测量区域一定距离的时间,然后再将小球液面上面一定高度处下落,测量通过同样距离的时间,若两次时间相同,则可判断小球在作匀速运动。