落针法测定液体的粘滞系数
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一、实验目的1、学习和掌握用落球法测量液体粘滞系数的原理和方法。
2、测量不同温度下液体的粘滞系数，研究温度对液体粘滞系数的影响。
3、巩固和深化对物理实验中基本测量方法和数据处理方法的理解和应用。
二、实验原理当一个小球在液体中下落时，它受到三个力的作用：重力、浮力和粘滞阻力。
在小球下落的初始阶段，由于速度较小，粘滞阻力也较小，重力大于浮力和粘滞阻力之和，小球加速下落。
随着速度的增加，粘滞阻力逐渐增大，当粘滞阻力、浮力与重力达到平衡时，小球将以匀速下落。
此时，有：＼mg ＝ F_{浮} ＋ 6\pi\eta rv\其中，＼（m\）为小球的质量，＼（g\）为重力加速度，＼（F_{浮}＼）为小球受到的浮力，＼（＼eta\）为液体的粘滞系数，＼（r\）为小球的半径，＼（v\）为小球匀速下落的速度。
小球的体积为\（V ＝＼frac{4}｛3}＼pi r^3\），其质量\（m ＝＼rho_{球} V\），浮力\（F_{浮} ＝＼rho_{液} Vg\）。
联立上述式子可得：＼＼eta ＝＼frac{（＼rho_{球} ＼rho_{液}）gd^2}｛18v} ＼其中，＼（d\）为小球的直径。
只要测量出小球匀速下落的速度\（v\）、小球的直径\（d\）以及液体和小球的密度\（＼rho_{液}＼）、＼（＼rho_{球}＼），就可以计算出液体的粘滞系数\（＼eta\）。
三、实验仪器1、落球法粘滞系数测定仪：包括玻璃圆筒、温度计、激光光电计时仪等。
2、小钢球：若干个，直径已知。
3、镊子：用于夹取小球。
4、米尺：测量玻璃圆筒的高度。
5、游标卡尺：测量小球的直径。
6、电子天平：测量小球的质量。
7、停表：用于计时。
四、实验步骤1、调整实验仪器将玻璃圆筒垂直放置，注入待测液体，使其液面高度适中。
调整激光光电计时仪，使其发射和接收端在同一竖直线上，并与液面保持适当距离。
2、测量液体温度使用温度计测量液体的温度，并记录下来。
落球法测液体的粘滞系数
落球法测液体的粘滞系数落球法是一种测定液体粘滞系数的方法，它是通过测量液体小球在垂直于其运动方向的平面上所受阻力来得出液体粘滞系数的。
该方法适用于各种流体，如液体、半固体或高分子体系，可用于研究定量性质，如粘度、流动性、粘滞作用等。
该方法简便易行，不需要特殊设备和条件，适用于实验室教学和科学研究等方面。
实验原理液体粘滞现象是由于粘性阻力的存在而引起的，这种阻力是由分子间的吸引和分子间摩擦力的相互竞争造成的。
落球法是利用这种阻力，通过测量液体小球在垂直于其运动方向的平面上所受的阻力来计算液体的粘滞系数。
实验步骤1.准备实验材料：落球法测定液体粘滞系数所需的材料包括：液体、球体、容器、计时器、温度计等。
2.将球体放入液体中：将球体轻轻地落入液体中，记录球体下落的时间t1。
（球体要保持光滑，不锈钢球较好用）3.测量空气中的自由落体时间：用同样的方法将球体轻轻落入向上的空气中，记录球体上升的时间t2。
4.重复步骤2和步骤3几次，记录其数据，并求其平均值。
5.计算液体的粘滞系数：根据忽略气体粘滞力和重力加速度的条件，在球体下落的过程中，假设液体存在的粘滞阻力是稳定的，则液体的粘滞系数可以通过以下公式进行计算：η = 2(R^2ρgvt) / 9v(1 + 2.4R/d)其中：η为液体粘滞系数；R为球体半径；ρ为液体的密度；g为重力加速度；v为球体的下落速度；d为容器与球体的直径差。
实验注意事项1.实验室环境条件要控制在较稳定的范围内，如温度、湿度、气压等。
2.液体的温度要保持恒定，以便消除温度差异引起的误差。
3.球体的表面要光滑，不锈钢球较好用。
4.实验数据的取值要尽量准确，数据平均值的误差不能超过实验要求的误差范围。
5.仪器要静置一段时间后才开始实验。
6.实验仪器应定期维护保养，并按时校准。
实验结果与分析落球法测定液体粘滞系数的实验结果是根据实验条件和数据计算出的一个值。
对于同一液体，它的粘滞系数往往随着温度的升高而降低，随着浓度的升高而增加，随着分子量的增加而增大。
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。
测量液体粘滞系数实验的探讨
【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。
落球法测量液体的粘滞系数实验总结
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液体粘滞系数的测定
液体粘滞系数的测定在稳定流动的液体中，由于各层液体的流速不同，在相邻两层流体之间存在相对运动而产生切向力，流速快的一层给流速慢的一层以拉力，流速慢的一层给流速快的层以阻力，液层间的这一作用称为内摩擦力或粘滞力，流体这一性质称为粘滞性。
液体的粘滞性在液体（例如石油）管道输送以及医药等方面都有重要的应用。
现代医学发现，许多心脑血管疾病与血液粘度有关，血液粘滞会使流人人体器官和组织的血流量减少、血流流速减缓，使人体处于供血和供氧不足的状态中，可能引发多种心脑血管疾病，所以，血粘度大小成了人体血液健康的重要标志之一。
实验证明，粘滞力f 的大小与两液层间的接触而积△s 和该处的速度空间变化率dyd υ（常称为速度的梯度）的乘积成正比，即 s dyd f ∆=υη （5—1） 式（5-1）就是决定流体内摩擦力大小的粘滞定律，式中的比例系数η称为液体的内摩擦系数或粘滞系数。
它决定于液体的性质和温度，在润滑油选择、液压传动以及液体质研究等很多方面是一项主要技术指标，其国际制单位是：“帕斯卡·秒”（Pa·s ）。
[实验目的]（1）用落针法测定液体的粘度。
（2）熟悉各仪器的使用方法。
[实验仪器]本仪器采用落针法测量液体粘度（粘滞系数），既适于牛顿液体，又适于非牛顿液体，还可测量液体的密度。
实验中使中空细长圆柱体（针）在待测液体中垂直下落，通过测量针的收尾速度，确定粘度。
本仪器采用霍尔传感器和多功能毫秒计（单片机计时器）测量落针的速度，并可自动计算后将粘度显示出来。
巧妙的取针装置和投针装置，使测量过程极为简便。
仪器由本体、落针、霍尔传感器、单片机计时器和恒温控制等部分组成。
见下图： 如图5-1，待测液体（例如蓖麻油）装在被玻璃恒温水套包围的玻璃圆筒容器中，圆筒竖直固定在机座上，机座底部有调水平的螺丝，机座上竖立一个铝合金支架。
其上装有霍尔传感器、提针装置（未画出）。
装在液体容器顶部的盖子上有投针装置发射器，它包括喇叭形的导杯和带永久磁钢的拉杆。
《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。
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用落针法测定液体的粘滞系数实验
粘滞系数是反映流体理化特性的一个重要参数。
它与液体的性质和温度有关。
石油在管道中的传输，
机械工业润滑油的选择，物体在液体中的运动都与液体的粘滞系数有关。
落针法测定液体粘滞系数，使用 中空长圆柱（针〉在待测液体中亚口下落，采用霍尔传感器和多功能亳秒计（单板机计时器）测竝落针的 速度，通过测呈针的终极速度，确定粘度，并将其显示出来。
巧妙的収针装置和投针装垃，使测呈过程十 分简便，并且H 动计算显示结果。
该法可测呈不透明液体的粘度和液体密度。
［实验目的］
1、 学会用落针法测量液体的粘滞系数。
2、 学习用霍尔传感器与单板机记录针的下落时间。
［实验仪器］
一落针式粘滞系数实验仪、游标卡尺、钢直尺、物理天平、气泡水准器、密度计等。
［实验原理］
各种实际液体具有不同程度的粘滞性。
当液体流动时，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，于是各层之间就有摩擦力产生，这一摩擦力称为粘滞力。
它 的方向平行于接触面，其大小与速度梯度及接触面积成比。
比例系数耳称为粘滞系数（粘度）。
本实验采用中空长圆柱体（针）在待测液体中垂直下落，通过测量针的收尾速度确定粘度。
当针在待测液体中沿容器中轴垂直下落时，经过一段时间，针所受重力与粘滞阻力以及 针上下端面压力差达到平衡，针变为匀速运动，这时针的速度称为收尾速度，此速度可通过 测量针内两磁铁经过传感器的时间间隔T 求得。
在恒温条件下，求粘度耳的公式为：
式中，容器内筒半径，R ：•落针外半径，血•针下落收尾速度，重力加速度，P5 -
针的有效密度，液体密度，T ］ ■液体粘度，其中C\v 和Lr 为壁和针长的修正系数
在实际情况下，上面（1）式可作简化，并考虑到Ud 」 -儿 1十希
(1) Cw = 1 一 2・04k + 2.09F — 0.95"
其中R= {R
(2)
/
Lr = (L- 2/?j 2/?：
(4)
T
L •两磁铁同名磁极的间距，T ・两磁铁经过传感器的时间间 隔。
则（1）式可改写为:
1] = M T p p ；(5 - .)(1 十31 )(/n 1 -门+ 22) “ R
r 2 R R
1 2
这样，可计算粘度耳o 因为将计算耳的程序已固化在单板机中，所以，利用单板机可将粘度H 计算并显示，实
现了智能化。
本体结构如图1所示。
用透明玻璃管制成的圆筒容器，筒内盛放待测液体（如齟麻油）， 筒竖直固定在水平机座上，机座底部有调水平的螺丝，用一水准泡指示底座的水平。
底座上 竖立的支架中部装有霍尔传感器及温度讣和取针器。
圆筒容器顶部盒子上装有投针装置（发 射器），它包括喇叭形的导环和带永久磁铁的拉杆。
装此导环为便于取针和让针沿容器中轴 线下落。
用取针装置把针由容器底部提起，
针沿导环到达盖子顶部，被拉杆的磁铁吸住。
拉
起拉杆，针因重力作用而沿容器中轴线下落。
针如图2所示，它是有机玻璃制成的内置铅条的细长圆柱体，其外半径为艮平均密度
为P5 ,在针的内部两端装有永久磁铁，异名磁极相对，两同名磁极间的距离为L。
霍尔传感器，做成圆柱体，固定在仪器本体上。
输出信号接到单板机计时器上。
每当磁
铁经过霍尔传感器前端时，传感器即输出一个矩形脉冲，同时有LED （发光二极管）指示。
以单板机为基础多功能亳秒计用以讣时和处理数据。
该计时器完成两次脉冲之间的计
时，接受参数输入，并将结果计算和显示出来。
［实验步骤］
1、用游标卡尺测量针的直径2R：,用钢直尺测量针的两同名磁极间的距离L,每个量在不
同部位测5次；用物理天平称出针的质量□称5次。
2、用密度计测量液体的密度p,（或由实验室给出）
3、取下圆筒上端的盖子，用游标卡尺测量圆筒内径2R,在不同部位测5次（或由实验室给出）。
将针
放入液体中，然后盖上盖子，从温度计上读出实验时的温度。
4、接通电源，此时单板机计时器应显示“PH・2”，否则应按“复位”健。
利用取针器将针悬挂在圆筒
上端的磁铁上。
然后将取针器送至底座转向放置，以避免取针器上的磁铁对落针产生影响。
按“2”
键显示“H”表示亳秒计进入计时待命状态。
5、稍微转动盖子，将针调到圆筒中轴线上，待液体稳定后，拉起投针装置的磁铁，让针落下，这时霍
尔传感器被触发，计时器工作，等候约16秒，数显表显示针下落距离I的时间t （单位：亳秒）。
6、继续操作单板机，第一次按A键显示预先设置的落针的有效密度ps （2260kgm3）,第二次按A键
显示龍麻油的有效密度p, （950kg/m3）,以上两数值均可修改，第三次按A键显示该设定温度下的液体粘度。
7、用取针装置将针拉起，重复测量3-5次测量t和耳，每次应先按“复位”健，在显示“PH-2"
后，再重复4、5、6各步骤。
规格和上要技术参数：
内筒内半径Rl=针外半径丘=3.5讪
…./ 3/ 3
篦麻汕巒发4（20。
（7时）=950 kg /加有效密度p5 = 2260 kg1 m
针质量m= 16.0x 10-3唸针内同名磁极间距L=17Qmm
［数据表格及数据处理］
1.数据记录表格
2.由表格的数据及其他有关数据代入式(4)，计•算出流体的粘滞系数耳。
3.将由式(4)计算的T1值与单板机显示的耳值比较，计算误差。
［思考与讨论］
1.本实验方法能否测定水的粘滞系数？
2.在式(4)中，若修正因子C引起的误差忽略不计，g作为常量，试推导估算T1的相
对误差公式，并指出产生误差的主要因素是什么？如何减少误差？
3.若有两个密度不同的针，试说明如何利用本实验装置测量液体的密度？并推导测量公式。
［注意事项］
1、让针沿圆筒中心轴线下落。
2、落针过程中，针应保持竖直状态，若针头部偏向霍尔控头，数据偏大；若针尾部偏向霍尔探
头，数据偏小。
3、用取针装置将针拉起悬挂在容器上端后，由于液体爱到扰动，处于不稳定状态，应稍待片刻，
再将针投下，进行测量。
4、取针装置将针拉起悬挂后，应将取针装置上的磁铁旋转，离开容器，以免对针的下落造后影
响。
5、建议实验者先在复位后用计停键手动测量落针时间，然后用霍尔探头作自动测量，训练实验技
巧。
6、取针和投针时均需小心操作，以免把仪器本体弄倒，打坏圆筒容器。