液体粘度的测量(落球法)
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 。
用落球法测定液体的粘度
用落球法测定液体的粘度液体的粘度是指液体阻碍内部流动的程度，也就是流体的黏性。
粘度与许多物理特性相关，例如温度、压力、表面张力、密度、化学成分等。
多种方法可以测量液体的粘度，其中一种常见的方法是落球法。
落球法是一种简单有效的测量液体粘度的方法，它通常可以用来测量各种常见液体的粘度。
落球法的原理是根据斯托克斯定理，利用小球在液体中的沉降速度与液体粘度和密度间的关系来计算液体的粘度。
落球法测定液体粘度需要采用一组实验器材，包括落球粘度仪、温度计、粘度球、毫升量筒、计时器等。
落球粘度仪是一种专门用于测量液体粘度的仪器，它包括一个透明的粘度杯和一个小球，小球沿着杯壁向下滑落并记录下滑落时间。
粘度杯的材质通常是玻璃或聚合物，它们的形状和尺寸标准化，并且有精确的容积和口径尺寸。
落球仪的小球通常是钢球或玻璃球，而球的大小和重量也是标准化的。
在进行落球法测定液体粘度的实验前，应先将实验室温度调整到标准温度，通常为20℃或25℃。
然后，将液体倒入粘度杯中，并用毫升量筒测量液体的体积。
接着，将温度计放入液体中，等待几分钟使液体温度稳定。
然后将粘度球轻轻放入液体中，让它沿杯壁向下滑落，记录下滑落时间。
这个过程应该进行数次以提高测量的准确度。
每次测量后应将杯清洗干净，重新倒入液体进行下一轮测量。
η = (ρ - ρ0) g t / (2R(v - v0))其中，η表示液体的粘度，ρ和ρ0分别是液体和环境的密度，g是重力加速度，t是球从杯口滑落到指定位置所花费的时间，R是球的半径，v和 v0分别是粘度球在液体中下落时的速度和初始速度，同时也是带入实验数据中的两个个实际测量值。
如果要得到更准确的液体粘度测量结果，还需考虑到一些误差因素，如液体温度、环境温度、液体的气味、表面张力等。
要尽可能去除误差因素，可以做好实验操作流程，准确记录数据并多次重复实验以提高测量的准确度。
总之，落球法是测量液体粘度的一种有效和方便的方法，它可以用于多种常见液体的粘度测量。
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。
《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。
落球法测量液体粘滞系数
1．用酒精将小钢球洗净，擦干后用读数显微镜测小球的直径，读数填入表1中并求直径d的平均值。
2．用天平测这些小球的总质量，再除以小球粒数得小球的平均质量m，填入表2中。测后将小球浸在和待测液相同的油中待用。
3．用游标卡尺分别测粘滞系数测量仪上每个圆筒的不同方位内径取平均值D及筒壁上两条刻度线的间距L。填入表2中。
(2)
实验时测定m，ρ，V，r，vT等量，即可计算η值。vT值测量方法：设小球匀速下落时，在时间t内下落距离为L，则
斯托克斯公式应用的条件是小球在无限宽广、均匀的液体中下落，而实验时，液体总要盛放在一定的容器内，其边界不可能是无限宽广的。即小球不可避免受到了容器壁及液体有限深度的影响。下面来介绍两种对容器影响进行修正的方法：
关键词
液体liquid，速度velocity，摩擦系数friction coefficient，密度density，
质量quality，显微镜microscope，直径diameter，磁铁magnet。
实验目的
1．利用斯托克斯公式，用落球法测液体的粘滞系数。
2．巩固使用基本测量仪器的技能。
实验原理
半径为r的光滑小球，以速度v在均匀的无限宽广的液体中运动时，若小球运动速度不大，球也很小，在液体中不产生涡流时，斯托克斯（G.G.Stokes）指出，球在液体中受到的粘滞阻力为
(1)
式（1）称为斯托克斯公式。其中η是液体的粘滞系数；v和r分别为小球的运动速度及半径。需要指出，阻力f不是由小球和液体之间的摩擦所引起，而是由于粘滞附在小球表面的一层液体与不随球运动的流体间的摩擦引起的，因此η也称为液体的内摩擦系数。由式（1）可知η的量纲为[ML-1T-1]，在国际单位制中，其单位为“帕斯卡·秒”（Pa·s），C.G.S制中的单位为“帕”（P），1Pa·s=10P。液体的粘滞系数随温度的变化有明显的差异，随温度的升高而减少，气体的粘滞系数则相反。
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?
实验6 落球法测液体的粘滞系数
实验6 落球法测液体的粘滞系数
落球法是用于测量液体粘滞系数的一种常见的实验方法。
它的主要原理是球体穿过液
体时，就可以测量液体的粘滞系数。
实验过程是将一个经验值圆柱形体，如铝筒，悬挂在小钢筋上方。
筒子高度为悬挂筋
的长度减去筒子长度，即可保证实验中运动的稳定性。
接着用密封容器，装入一定量的液体，调整液体温度，然后将测试体放入空气中，调整测试体的质量以保证正确的落球运动
轨道。
将测试体放入液体中，以给定的速度开始落球，记录落球的时间同时做好安全措施，以免测试过程中造成安全事故。
落球过程应尽量控制好高度和液体的温度。
测量完毕后对实验数据进行计算处理，得出液体的粘滞系数。
实验结果受多种因素的
影响，如液体粘度、液体厚度、皮带高度等，因此改变以上参数即可改变实验结果，也可
以得出正确的粘滞系数数据。
落球法测量液体的粘滞系数是简单可行的，节省金钱和精力，也有很高的准确性和稳
定性。
但同时还需要考虑一些安全因素，如防止落球设备造成危险，以及保证实验精度和
效率，避免因参数的不足而使实验结果变得不准确的情况发生。
落球法测定液体的粘度实验总结
落球法测定液体的粘度实验总结实验目的：
通过落球法测定不同液体的粘度，掌握粘度的测定方法，了解不同液体的流动特性。
实验原理：
落球法是通过测定液体对小球的阻力来确定液体的粘度。
当小球自由下落时，受到液体的阻力，其速度逐渐减小，最终达到稳定状态。
根据液体对小球的阻力大小，可以计算出液体的粘度。
实验步骤：
1. 准备实验所需材料，不同粘度的液体样品、小球、容器、计时器等。
2. 将不同粘度的液体样品倒入容器中。
3. 用手指轻轻将小球放入液体中，并开始计时。
4. 观察小球自由下落的过程，记录下小球下落所用的时间。
5. 根据记录的时间和小球的直径，利用落球法的公式计算出液体的粘度。
实验结果：
经过实验测定，得到了不同液体的粘度数据，发现不同液体的粘度存在明显差异。
在相同条件下，粘度较大的液体对小球的阻力较大，小球下落的速度较慢，而粘度较小的液体对小球的阻力较小，小球下落的速度较快。
实验总结：
落球法是一种简单且有效的测定液体粘度的方法，通过实验我们可以清晰地了解到不同液体的流动特性。
在实验中需要注意的是，要保证实验条件的一致性，比
如小球的直径、温度等因素都会对实验结果产生影响。
同时，为了得到更加准确的数据，可以多次重复实验，取平均值作为最终结果。
通过本次实验，我们对落球法测定液体的粘度有了更深入的了解，也为我们今后的实验操作提供了宝贵的经验。
希望通过这次实验，能够加深对粘度这一概念的理解，为我们今后的学习和科研工作打下坚实的基础。
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液体粘度的测量（落球法）
目的
根据斯托克公式用落球法测定油的粘度。
仪器和用具
落球法粘滞系数测定仪、小钢球、甘油、卷尺、千分尺、游标卡尺、液体密
度计、激光光电记时仪、温度计。
原理
当半径为r 的金属小球，以速度υ在均匀的无限宽广的液体中运动时，若速
度不大，球也很小，在液体中不产生涡流的情况下，斯托克斯指出，球在液体
中所受到的阻力F 为 6F r πηυ=
式中η为液体的粘度，此式称为斯托克斯公式。
当质量为m 、体积为V 的小球在密度为ρ的液体中下落时，作用在小球上
的力有三个，即：（1）重力mg ，（2）液体的浮力Vg ρ，（3）液体的粘性阻力6r πηυ。
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υ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
6mg Vg r ρπηυ=+ （1）
此时的速度称为终极速度。
由此式可得
()6m V g r ρηπυ
-=
令小球的直径为d ，将3'16m d πρ= ，l v t =，2d r =代入上式，得 '2()18gd t l
ρρη-= （2） 由于液体在容器中，而不满足无限宽广的条件，这时实际测得的速度0υ和上
述式中的理想条件下的速度υ之间存在如下关系：
0(1 2.4)(1 1.6)d
d D H
υυ=++ （3） 式中D 为盛液体圆筒的内直径，H 为筒中液体的深度，将（3）式代入（2）
式得出
'2()118(1 2.4)(1 1.6)gd t d d l D H
ρρη-=++ （4）
实验内容
1、调整粘滞系数测定仪及实验准备
（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）将实验架上的上、下两个激光器接通电源，可看见其发出红光。
调节上、
下两个激光器，使其红色激光束平行地对准锤线。
（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。
小球用乙醚、酒精混合液清洗干净，擦干备用。
（5）将小球放入钢球导管，看其是否能阻挡光线，若不能，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D ,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。
二、实验报告（60分）
（一）实验目的、仪器、原理与实验内容：叙述有条理、逻辑性强，公式正确，
内容完整。
（20分）
（二）数据记录和处理
1、数据记录部分
（1）表格设计科学、合理、注明物理单位。
（5分）
（2）正确进行读数，数据记录格式规范，数据记录完整、无遗漏，无多余记录，
有效数字表述正确（原始数据附在实验报告上）。
（10分）
2、油的粘度及标准不确定度的计算：计算方法正确，正确确定有效数字，不确
定度计算正确。
（20分）
（1）利用'2()118(1 2.4)(1 1.6)gd t d d l D H
ρρη-=++计算η （2）计算标准不确定度 ①计算'()A u ρρ-，'()B u ρρ-，'()c u ρρ- ②()0A u d = ，计算()B u d ， ()c u d
③计算 t ， ()A u t ， ()B u t ， ()c u t ④计算l ， ()A u l ， ()B u l ， ()c u l
⑤计算()c u η=其中2'()18gd t l ηρρ∂=∂-，'2()18gtd d l ηρρ∂-=∂，'2
()18gd t l
ηρρ∂-=∂ ，
'22()(1)18
gd t l l ηρρ-∂-=-∂
3、给出实验结果：()c u ηηη=±，物理单位正确,有效数字表述正确。
（5分）。