液体粘滞系数的测量.ppt

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大学物理实验
汇报人姓名
一、实验目的
难点：激光光电计时仪的使用
重点：斯托克斯定律适应的条件
观察液体中的内摩擦现象
掌握用落球法测粘滞系数的原理和方法
二、实验原理
当流体（液体和气体）在管道中流动时，管道中心处流速最大，越靠近管壁流速越小，说明在各流层间有内摩擦力（也称为粘滞力）存在，流体的这种性质称为粘滞性。粘滞系数是反映流体内部内摩擦力大小的物理量，是流体的重要性质之一。
对于液体，粘滞系数与液体的性质，温度和流速有关。液体粘滞系数的测量在工程技术上有广泛的应用。如：机械的润滑，石油在管道中的输送，油脂涂料，医疗和药物等方面，都需测定粘滞系数。
测量液体粘滞系数的方法有多种，如落球法、转筒法、毛细管法等，其中落球法是最基本的一种，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。
当金属小球在粘性液体中下落时
受到三个铅直方向的力
v
mg
小球的重力mg
液体作用于小球的浮力f
粘滞阻力F
（其方向与小球运动方向相反）。
f
F
如果液体无限深广，在小球下落速度较小的情况下，有：
上式称为斯托克斯公式，式中，η为液体的粘滞系数，单位是Pa•S，r为小球的半径。
（1）
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：
(2)
于是小球开始作匀速直线运动
由（2）式可得：
令小球的直径为d，可得：
（3）
（4）
式中，ρ为小球材料的密度，L为小球匀速下落的距离，t为小球下落距离L所用的时间。
式中D为容器的内径。
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：
FD-VM-2
落球法粘滞系数测定仪
激光发射器
激光发射器
激光接收器
激光接收器
蓖麻油
激光光电计时仪
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