落球法测量液体粘滞系数-预习思考题
落球法测量液体的粘滞系数
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和方法。
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、ρ（V为小球体积，ρ为液体密度）和粘滞阻力F（其方向于小液体作用于小球的浮力gV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：=（1）6Fπηrv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：rv gV mg πηρ6+=于是小球开始作匀速直线运动，由上式可得：vrgV m πρη6)(-=令小球的直径为d ，并用ρπ36d m =，t l v =，2dr =代入上式得：（2）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：（3）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。
11落球法测液体的粘滞系数
74实验十一 落球法测液体的粘滞系数粘滞系数是液体的重要性质之一，它反映液体流动行为的特征．粘滞系数与液体的性质，温度和流速有关，准确测量这个量在工程技术方面有着广泛的实用价值．如机械的润滑，石油在管道中的传输，油脂涂料，医疗和药物等方面，都需测定粘滞系数．测量液体粘滞系数方法有多种，落球法（又称Stokes 法）是最基本的一种，它可用于测量粘度较大的透明或半透明液体，如蓖麻油，变压器油，甘油等．【实验目的】1．学习和掌握一些基本物理量的测量；2．学会落球法测定液体的粘滞系数．【实验原理】一个在液体中运动的物体会受到一个与其速度反方向的摩擦力，这个力的大小与物体的几何形状、物体的速度以及液体的内摩擦力有关．液体的内摩擦力可用粘滞系数h 来表征．对于一个在无限扩展液体中以速度v 运动的半径为r 的球形物体，斯托克斯（G.G. Stokes ）推导出该球形物体受到的摩擦力即粘滞力为r v F ×××=h p 61 （1）当一个球形物体在液体中垂直下落时，它要受到三种力的作用，即向上的粘滞力F 1、向上的液体浮力F 2和向下的重力F 3．球体受到液体的浮力可表示为×××=13234r p r F g （2）上式中r 1为液体的密度，g 为重力加速度．球体受到的重力为×××=23334r p r F g （3）式中r 2为球体的密度．当球体运动某一时间后，上述三种力将达到平衡，即321F F F =+ （4）此时，球体将以匀速v 运动（v 也称为收尾速度）．因此，可以通过测量球体的下落速度v 来确定液体的粘滞系数：75()v r g ×-××=12292r r h （5）这里v 可以从球体下落过程中某一区间距离s 所用时间t 得到，这样粘滞系数为()st r ××-××=g 12292r r h （6）在实际测量中，液体并非无限扩展，且容器的边界效应对球体受到的粘滞力有影响，因此公式（1）需要考虑这些因数做必要修正．对于在无限长，半径为R 的圆柱形液体轴线上下落的球体，修正后的粘滞力为ûùêëé×+××××=R r r v F 4.2161h p （7）这样公式（6）变为()R r s t g r ×+×××-××=4.21192122r r h （8）如果考虑到圆柱形液体的长度L 并非无限长，还有r /L 量级的进一步修正．图1 液体中小球受力分析图【实验仪器】落球法粘滞系数测定仪（见图2）、小钢球、蓖麻油、米尺、液晶数显千分尺、游标卡尺、液体密度计、电子天平、电子秒表和温度计等．【实验内容】1．调整粘滞系数测定仪（1）调整底盘水平，在底盘横梁上放重锤部件，调节底盘旋纽，使重锤对准底盘的中心圆点．（2）将实验架上的上，下二个激光器接通电源，可看见其发出红光．调节上、下二个激光器，使其红色激光束平行，并对准锤线．（3）收回重锤部件，将盛有被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．（5）将小球放入钢球导管，看其是否能挡阻光线，若不能，则适当调整激光器位置．2．测量下落小球的匀速运动速度（1）测量上、下二个激光束之间的距离．（2）放小球入钢球导管，当小球落下，阻挡上面的红色激光束时，光线受阻，此时用秒表开始计时，到小球下落到阻挡下面的红色激光束时，计时停止，读出下落时间，重复测量6次以上．763．用电子天平测量小钢球的质量m；用千分尺测其直径d；计算小钢球的密度r2．用液体密度计测量蓖麻油的密度r1．用游标卡尺测量量筒的内径D．用温度计测量液体温度（液体粘滞系数随温度变化很快，因此需要标明测量是在什么温度下进行的．）．4．用公式（8）计算h 值，h 值保留三位有效数据，h 的单位为kg m-1 s-1．【注意事项】实验时动作仔细，不要让油洒到实验台上．【思考题】1．如何判断小球达到匀速运动状态？2．仔细观察液体密度计的结构，说明它的工作原理．77。
落球法测量液体的粘滞系数
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和方法;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gVρV为小球体积,ρ为液体密度和粘滞阻力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：rvFπη6= 1ＦｆＰL HD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：rv gV mg πηρ6+=于是小球开始作匀速直线运动,由上式可得：vrgV m πρη6)(-=令小球的直径为d ,并用ρπ36d m =,t l v =,2dr =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,看其能否阻挡光线,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、数据记录和数据处理表格一表格二 T= 0Cη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;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：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;。
物理实验要求及数据表格实验11 粘滞系数(新)
实验落球法测量液体的粘滞系数Array专业___________________学号___________________姓名___________________一、预习要点1.如何定义粘滞力（内摩擦力）；粘滞系数取决于什么；2.测量液体粘滞系数的方法有哪些，各有什么特点；3.认真观看视频中对于仪器功能的介绍，注意熟悉秒表的读数规范；4.认真观看视频讲解中的实验操作示范；5.课前请写好预习报告，上课时务必将预习报告和原始数据表格一并带来，否则扣分。
二、实验注意事项1.测量钢球下落时间过程中，在观察小球通过标线时，应使视线与标线保持水平；2.观察小球是否一直沿中心下落，若样品管倾斜，应调节其铅直；3.测量过程中，尽量避免对液体的扰动；用磁铁吸起钢珠时要小心操作，避免打破玻璃量筒，把蓖麻油滴在桌面上；4.实验时手和身体都不要接触到量筒，以保证实验过程油温恒定；5.为保证数据的一致性，选用唯一的小钢球进行实验，完成实验后，将小钢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。
三、原始数据记录表格成绩__________ 教师签字_______________组号________ 同组人姓名____________________方法Ⅰ：测量蓖麻油在不同温度下，小球下落20cm（从5cm至25cm）所用时间，重复测量5次；线水平。
四、数据处理要求1. 计算出不同温度条件下(40°C 时)蓖麻油粘滞系数的完整结果表达式；2. 40°C 时蓖麻油粘滞系数的标准值为0.231 Pa·s ，可将40°C 时粘滞系数的测量值与标准值比较计算相对误差（保留二位有效数字），分析本次实验中引起误差的原因有哪些？（主要误差有3个） 【参考公式】（注意：计算步骤写在实验报告纸上；要有数据代入的计算过程，只有公式和结果不得分！）1. ρ = 7.8×103kg/m 3 ρ0 = 0.95×103kg/m 3 D =2.0×10-2m d =1×10-3m 2. 方法Ⅰ计算公式：（1）20()(Pa s)18(1 2.4)ii gd t l d D ρρη-=⋅+，注意20l cm =（2）粘滞系数平均值12345(Pa s)ηηηηηη++++=⋅粘滞系数不确定度η∆=所以粘滞系数(Pa s)ηηη=±∆⋅；注意测量结果标准表达式的修约； 3. 方法Ⅱ计算公式：（1）5115i i t t ==∑，tσ=(2)σ=总σ=仪） （3）粘滞系数平均值20()(Pa s)18(1 2.4/)gd tl d D ρρη-=⋅+，注意5l cm = 粘滞系数不确定度20()18(1 2.4/)gd l d D ηρρσ-∆=+总 所以粘滞系数(Pa s)ηηη=±∆⋅；注意测量结果标准表达式的修约；4. 相对误差计算公式：0100%Eηηηη-=⨯。
用落球法测液体黏度实验报告(带数据)
曲阜师范大学实验报告实验日期：2020.5.24 实验时间：8：30-12：00姓名：方小柒学号：**********年级：19级专业：化学类实验题目：用落球法测液体黏度一、实验目的：1.掌握用落球法测量液体的粘滞系数。
2.了解用斯托克斯公式测量液体粘滞系数的原理，掌握适用条件。
3.测定蓖麻油的粘滞系数。
二、实验仪器：蓖麻油，玻璃圆筒，游标卡尺，米尺，电子秒表，小钢球，螺旋测微器，天平，镊子，密度计，温度计三、实验内容：（1）用米尺测量小球匀速运动路程的上、下标记间的距离L（L在实验过程中不允许修改）。
（2）用秒表分别测量直径d=2.000mm和d=1.500mm的小球下落L所需要的时间t，重复测量6次，取平均值。
（3）将测量数据填入数据表格。
四、实验原理：2、用落球法测量液体的黏度当小球在液体中运动时，见下图，将受到与运动方向相反的摩擦阻力的作用，这种阻力即为黏滞力。
它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。
当小球在均匀、无限深广的液体中运动时，若速度不大，球的体积也很小，则根据斯托克斯定律，小球受到的黏滞力为F=6πηvr式中，η为液体的黏度，v为小球下落的速度，r为小球半径。
如果让质量为m，半径为r的小球在无限宽广的液体中竖直下落，它将受到三个力的作用，即重力G，液体浮力F浮，粘滞力F。
F=6πηvrF浮=4/3πr3ρ0gG=mg G=F- F 浮=0由此可得液体的粘滞系数为：3004()3=6m r g rv πρηπ-若测量小球以匀速率v0下落距离L 所用的时间t ，则液体的粘滞系数为：304()3=6m r gt rL πρηπ-⋅（1）由于实验中，小球是在内半径为R （直径为D ）的玻璃圆筒内下落，圆筒的直径和液体深度都是有限的，因此实际作用在小球上的粘滞阻力将与斯托克斯公式给出的略有不同。
当圆筒直径远远大于小球直径，且液体高度也远大于小球直径时，其差异是很微小的。
因此，在求粘滞系数时我们加上一项修正项，将上述粘滞系数公式变为304()3=r61+2.4m r g trL R πρηπ-⋅（）本次实验中我们忽略由于实验条件限制所引入的修正，用公式（1）计算液体粘滞系数：303020204()3=64()3=64())2=18()18m r g t rLr gt rLd gtLd g tL πρηπρρππρρρρ-⋅-⋅-⋅-=⋅（其中： ρ 、 ρ0 、d 、L 分别为小球密度、液体密度、小球直径、小球匀速下落高度。
物理实验教案：落球法 液体粘滞系数的测量
小球的密度增大时，又将如何变化？选择不同密度和不同半径的小球做实验时， 对结果的影响如何？
答：由 mg 液 gV 6rv 得：
6rv
4 3
r
3
液
g
4 r 3 g 3
v
2r 2 9
(
液 )g
由上可得 r 减小时，v 减小； 增大时，v 增大。
4
【实验内容及步骤】 1．用千分尺测量小球的直径，共测 5 个球，每个球从不同的方向测量 3 次 2. 调整粘滞系数测量装置 (1)调整底盘水平，在底盘中间部位放水平仪，调节底盘旋钮，使底盘水平。 (2) 在仪器横梁中间部位放重锤部件，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，调节接收
5. 测量上下两激光束之间的距离 L（实验中距离 L 大约为 20.00cm），用直尺在 玻璃筒上量出两刻线间的距离。
2
6. 将小球从导球管中丢下，用电子秒表记录小球经过两刻线间距离所用的时间 t1 ，一共 5 个球。
7. 实验完毕后,用磁铁将小球吸出，擦干净放回配件盒待用，按要求整理好仪 器。 【实验注意事项】 1. 读温度时不要将温度计提出瓶外。 2. 千分尺必须正确使用，防止将钢球压变形，而引起误差。 3. 激光束不能直射人的眼睛，以免损伤眼睛。 4. 实验结束后，用磁铁一次性将钢球全部吸出，而后擦干净放回。 5. 实验中不要碰玻璃筒，否则要重新调整。
由于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
实验06 落球法测量液体粘滞系数
大学物理实验预习报告
姓名
实验班号
实验号Βιβλιοθήκη 实验六落球法测量液体粘滞系数实验目的：
实验原理及仪器介绍：
1.推导用落球法测量液体粘滞系数的计算公式。
2.推导计算粘滞系数不确定度的公式。
3.预习游标卡尺、千分尺的工作原理，掌握使用方法；总结千分尺使用时的注意事项。
实验内容：
1.如何判断小钢球在油中下落做匀速运动？
2.上方激光器光束可否位于油液面处？为什么？
数据表格：
1.记录所用测量仪器的仪器误差：
2.列出数据记录表格：
教师签字：
月日
落球法测定液体不同温度的粘滞系数讲诉
实验三 落球法测定液体不同温度的粘滞系数当液体内各部分之间有相对运动时，接触面之间存在内摩擦力，阻碍液体的相对运动，这种性质称为液体的粘滞性，液体的内摩擦力称为粘滞力。
粘滞力的大小与接触面面积以及接触面处的速度梯度成正比，比例系数η称为粘滞系数(或粘度)。
对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，输送距离及液体粘滞系数，设计输送管道的口径。
测量液体粘滞系数可用落球法，毛细管法，转筒法等方法，其中落球法适用于测量粘滞系数较大的液体。
粘滞系数的大小取决于液体的性质与温度。
温度升高，粘滞系数将迅速减小。
例如对于蓖麻油，在室温附近温度改变1˚C ，粘滞系数改变约10%。
因此，测定液体在不同温度的粘滞系数有很大的实际意义，欲准确测量液体的粘滞系数，必须精确控制液体温度。
实验目的1、用落球法测量不同温度下蓖麻油的粘滞系数2、了解PID 温度控制的原理实验原理1、落球法测定液体的粘滞系数在稳定流动的液体中，存在液体之间存在相互作用的粘滞力。
实验证明：若以液层垂直的方向作为x 轴方向，则相邻两个流层之间的内磨擦力f 与所取流层的面积S 及流层间速度的空间变化率d v /d x 的乘积成正比：S d d f xvη= (3-1) 其中η称为液体的滞粘系数，它决定液体的性质和温度。
粘滞性随着温度升高而减小。
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，且在运动不产生旋涡。
根据斯托克斯定律，小球受到的粘滞力f 为：v r f ⋅⋅⋅=ηπ6 (3-2)式中η称为液体的滞粘系数，r 为小球半径，ν为小球运动的速度。
若小球在无限广延的液体中下落，受到的粘滞力为f ，重力为ρVg ，这里V 为小球的体积，ρ与ρ0分别为小球和液体的密度，g 为重力加速度。
小球开始下降时速度较小，相应的粘滞力也较小小球作加速运动。
随着速度的增加，粘滞力也增加，最后球的重力、浮力及粘滞力三力达到平衡，小球作匀速运动，此时的速度ν0称为收尾速度。
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落球法测量液体粘滞系数-预习思考题
预习思考题
1.为何要对公式（4）进行修正？
答：斯托克斯定律成立的条件有以下个方面：
第一,媒质的不均一性与球体的大小相比是很小的;
第二,球体仿佛是在一望无涯的媒质中下降;
第三,球体是光滑且刚性的;
第四,媒质不会在球面上滑过;
第五,球体运动很慢,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。
而这些条件在实验过程中是无法满足的，所以必须对斯托克斯公式进行修正。
2.如何判断小球在液体中已处于匀速运动状态？
答：先确定量筒之间的一段长度，测量出小球在此之间下落的时间，时间多次测量取平均值，算出这段距离的速度。
然后再将这段距离放大或者缩小，测量时间，再算出这段距离的速度。
如果后面计算得到的速度和之前得到的速度一样，那么就可以认为小球在这段距离是处于匀速运动状态。
3.影响测量精度的因素有哪些？
答：第一：实验中液体油筒不水平引起误差。
如果忽略油筒垂直,将给整个实验带来误差。
第二：温控仪未达到设定温度,便开始操作实验。
因为设定温度后,必须使待测液体的温度与水的温度完全一致才可以测量。
如果实验中操作不够重视,设定的温度与待测液体的温度是不一致的,测量的粘滞系数不是设定温度下的粘滞系数,此时记录数据是有误差的。
第三：实验开始后,不可以碰撞油筒,否则会引入横向力,造成液面漩涡,使小球靠近油筒壁下落,带来测量误差。
第四：小球下落偏离轴线方向,小球释放到油筒中时,下落轨迹偏离轴线,从而增加油筒壁对小球运动状态的影响, 产生很大误差。
第五：小球刚进入液体未开始作匀速运动,就开始计时引起误差。
第六：小球表面粗糙,或有油脂、尘埃等也会产生测量误差。
因为这样的小球会扰动液体,使阻力增大,速度减小,导致测量结果偏大。
此外,小球的密度、液体的密度、油筒的内径,虽然由实验室给出,但并非严格精准,也会间接地对实验结果产生影响。