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1、实验三 液体粘滞系数的测定方法一： 用乌式粘度计测定酒精的粘滞系数实验目的1 1 进一步巩固和理解粘滞系数的概念。2 2 学会一种测定粘滞系数的方法。实验器材粘度计、铁架台、秒表、温度计、打气球、玻璃缸、蒸馏水、酒精、量杯。仪器描述如图 3-1 所示，粘度计是由三根彼此相通的玻璃管 A、 B、 C 构成。 A 管经一胶皮管与一打气球相连，A 管底部有一大玻璃泡， 称为贮液泡；B 管称为测量管， B 管中部有一根毛细管，毛细管上有一大和一小两个玻璃泡，在大泡的上下端分别有刻线 N、N ；C 管称为移液管，C 管上端有一乳胶管，为的是在 C 管处设置夹子。整个实验是在装满水的玻璃缸中进行。 实验原
2、理 图 3-1 乌式粘度计一切实际液体都具有一定的 “粘滞性” ，当 液 体 流 动 时，由于粘 滞 性 的 存 在， 不同的液层有不同的流速 v（如 图 3-2） ， 流速大的一层对流速小的一层施以拉力，流速小的一层对流速大的一层施以阻力，因而各 层 之 间 就 有 内 磨 擦 力 的 产 生 ，实 验 表 明 ，内磨擦力的大小与相邻两层的接触面积 S 及速度梯度 dv /dy 成正比，即F 式中的比例系数 叫做粘滞系数，又叫内磨擦系数。不同的液体具有不同的粘滞系数。一般情况下，液体的 值随温度的升高而减少。在国际单位制中， 的单位为帕秒（Pas） 。 图 3-2 速度梯度当粘滞液体在细管中
3、作稳恒流动时， 若管的半径为 R，管长为 L，细 管 两 端 的 压 强 差 为 P1 ，液体的粘滞系数为 1， 则在时间 t1 内液体流经细管的体积 V 可依泊肃叶公式求出： 1148tPLRV（3 -1）同理，对于同一细管，若换用另一种粘滞系数为 2的液体，并假设这时细管两端的压强差为 P2，体积仍为 V 的液体流经细管所需时间为 t2，则有：2248tPLR（3 -2）由（3-1）式和（3-2）式得122tP（3 -3）如果实验时把细管铅垂方向放置，则压强差是由重力引起的，于是1212hgP（3 -4）此处 1及 2是两种不同液体的密度，将（3 -4）式代入（3 -3）式，得12t（3
4、-5）可见，如果一种液体的粘滞系数 1为已知，且两种液体的密度 1及 2可查表得到，则只要测出两种液体流经同一细管的时间 t1 和 t2，即可根据 （3 -5） 式算出被测液体的粘滞系数 2. 本实验是已知水的 1值，求待测酒精的 2值。粘滞系数的测定是医学和生物实验中常常遇到的。这种由一种物质的已知量 1求得另一种物质的相应未知量 2方法称之为比较测量法，是实验科学中常用的方法之一。实验步骤1松开固定粘度计的夹子，取出粘度计，分别将蒸馏水灌入粘度计的 B 管、C 管中冲洗粘度计，并用打气球将水挤出。2把洗好的粘度计放在充满水的玻璃缸中，将粘度计调整为铅垂状态，此时旋紧固定粘度计的夹子。3在实
5、验过程中，为尽量保证温度稳定，特将粘度计放在盛有室温水的玻璃缸内进行。4打开阀门 1 和阀门 2，将蒸馏水由 C 管灌入粘度计内，灌到贮液泡四分之三的体积时，即可停止注入蒸馏水。5关闭阀门 1 和旋紧阀门 2，用手按动打气球，此时水开始从 B 管中上升，当蒸馏水上升到 B 管顶端的小泡位置时，即可停止打气。6先打开阀门 1，然后再旋松阀门 2，此时水开始从 B 管中往下降，当水面刚刚降落到刻线 N 时，用秒表计时，直到液面下降到 N 时停止计时，这个时间间隔即为 t1.7重复步骤 5、步骤 6，测量水流过 N、N 所用的时间 t1，重复 3 次，将数据填入表中。8记下玻璃缸中温度计的读数 T1
6、.9将粘度计取下，倒出蒸馏水，用待测液（本实验用酒精）精洗一下粘度计，然后倒出酒精。10把用待测液（酒精）清洗后的粘度计放入玻璃缸中，并调成铅垂状态，固定住粘度计。11将待测液（酒精）从 C 管中灌入，灌到贮液泡体积的四分之三时，即可停止注入酒精。12重复步骤 5、步骤 6，测量酒精流过 N、N 所用的时间 t2，重复 3 次，将数据填入表中。13记下玻璃缸中温度计的读数 T2.14实验完毕将酒精倒入回收酒精的烧杯中。15从本实验讲义的附表中，查出实验温度下水的密度 1和水的粘滞系数 1值，再查出待测液体的密度 2，根据（3-5）式求出待测液体的粘滞系数 2.数据记录与处理T1= T2= 温度
7、 21T= 数 项据 目 次 数蒸 馏 水t1(s)酒 精t2(s)绝 对 误 差t 1(蒸 馏 水 )(s)绝 对 误 差 t1(酒 精 )(s)1 2 3 平 均 查表：水的密度 1 =酒精的密度 2 =水的粘滞系数 1 =计算： 122t212tE结果： 22注意事项1. 打气时不要过猛，以免水从 B 管中喷出。2. 本实验过程中，拿取粘度计及清洗粘度计时，要用拇指和食指拿住最粗的管子即A 管，切记不可大把抓。3. 在测量过程中，粘度计要竖直放置并浸入玻璃缸的水中。思考题1实验中应注意哪些事项？2本实验中误差产生的主要原因是什么？方法二： 用奥氏粘度计测定乙醇的粘滞系数实验目的1 1 进
8、一步理解液体的粘滞性。2 2 掌握用奥氏粘度计测定液体粘滞系数的方法。实验器材奥氏粘度计、温度计、秒表、乙醇、蒸馏水、移液管、洗耳球、大烧杯、物理支架。仪器描述奥氏粘度计的形状如图 3-3 所示 ，是一个 U 形玻璃管。B 泡位置较高， 为测定泡； A 泡位置较低， 为下储泡；B 泡上下各有一刻痕 m 和 n . 以 下 是 一 段 截 面积相等的毛细管 L .实验原理当 粘 滞系 数 为 的 液 体 在 半 径 为 R、 长 为 L 的毛 细 管 中 稳 定 流 动 时 ， 若 细 管 两 端 的 压 强 差 为 P，则 根 据 泊 肃 叶 定 律 ， 单 位 时 间 流 经 毛 细 管 的
9、 体 积 流 量 Q 为 ：LPQ84（3 -6）本实验用奥氏粘度计,采用比较法进行测量。实验时，常以粘滞系数已知的蒸馏水作为比较的标准。先将水注入粘度计的球泡 A 中，再用洗耳球将水从 A 泡吸到 B 泡内，使水面高于刻痕 m，然后将洗耳球拿掉，只在重力作用下让水经毛细管又流回 A 泡，设水面从刻痕 m 降至刻痕 n 所用的时间为 t1；若换以待测液体，测出相应的时间为 t2，由于流经毛细管的液体的体积相等，故有：V1 = V2， 即 Q1t1= Q2t2 241488LPRL即得 1212tP（3 -7）式中 1和 2分别表示水和待测液体的粘滞系数。设两种液体的密度分别为 1和 2， 因为
10、在两次测量中，两种液面高度差 h变化相同，则压强差之比为2121pgP（3 -8）代入式(3-7),得122t（3 -9）从本实验讲义的附表中查出实验温度下的 1、 2和 1值，则根据式（3 -9）可求得待测液体的粘滞系数 2。实验步骤1在大烧杯内注入一定室温的清水，以不溢出杯外为度，作为恒温槽。2用蒸馏水将粘度计内部清洗干净并甩干，将其铅直地固定在物理支架上，放在恒温槽中。3用移液管将一定量的蒸馏水（一般取 510ml）由管口 C 注入 A 泡。注意：取水和取待测液体的用具不要混用，每次应冲洗干净。4用洗耳球将蒸馏水吸入 B 泡，使其液面略高于刻痕 m，然后让液体在重力作用下经毛细管 L 流
11、下。当液面降至痕线 m 时，按动秒表开始计时，液面降至痕线 n 时，按停秒表，记下所需时间 t1。 重复测量 t1 三次。5将蒸馏水换成待测液体乙醇，重复上述步骤 3 和步骤 4，测量同体积的乙醇流经毛细管时所用时间 t2， 重复测量三次。 （先将粘度计用待测液体乙醇清洗一下）6测量恒湿槽中水的温度 T.数据记录与处理查表与记录： T = 蒸馏水的密度 1 = kg /m3乙醇的密度 2 = kg /m3蒸馏水的粘度系数 1 = Pas 数 项 值 目次 数 蒸 馏 水 t1(s)乙 醇t2(s)t1 的绝对误差t 1(s)t2 的绝对误差t 2(s)1 2 3 平 均 计算： 1122t21
12、2tE结果： 22思考题1为什么要取相同体积的待测液体和标准液体进行测量？2为什么实验过程中要将粘度计浸在水中？3测量过程中为什么必须使粘度计保持竖直位置？方法三： 用斯托克斯公式测定液体的粘滞系数实验目的1 1 掌握用斯托克斯公式测定液体的粘滞系数的方法。2 2 熟悉使用基本测量仪器。实验器材盛有被测液体（甘油）的量筒、温度计、镊子、小球（1.0 mm 钢 滚 珠 ） 、秒表、米尺、千分尺、提网等。实验原理一个半径为的 r 小球，以速度 v 在无限广阔的液体中运动 ,当速度较小（不产生旋涡）时，根据斯托克斯定律，它所受到的粘滞阻力为6F （3 -10）需要指出，力 F 并不是小球表面和流体之
13、间的摩擦力，而是附着在小球表面同小球一起运动的一层液体与周围液体之间的内摩擦力。 为液体的粘滞系数或内摩擦系数，它与小球的质料无关，仅取决于液体的种类和温度。 的单位为 Pas.在本实验中，是使小球在甘油中竖直下落，当下落速度增到一定数值时，小球受到的粘滞阻力和重力、浮力达到平衡，因此小球以匀速度开始下落，这样就可测定它的下落速度，由（3 -10）式和平衡条件可得rr63g)(4（3 -11）或 分别是小球和液体的密度。由（3 -11）式可得2)(rg92（3 -12）但 此 式 仅 以 流 体 为 无 限 广 阔 的 情 况 下 方 能 成 立 ， 实 际 上 小 球 是 在 内 直 径 为
14、 d1 的量 筒 中 下落 ， 因 此 还 需 加上一校正系数，同时注意到 = L / t（L 和 t 分别为小球 下落的距离和时间） ，r = d2 / 2（d 2 为小球直径） ，于是（3 -12）式应改为)2.41(8dLtg（3 -13）在本实验中，取.08)(12，g = 9.8m/s2，已知小球密度=7.800103kg / m3，甘油的密度 =1.260103kg / m3，测得 L、t 、d 2 等量，便可由（3 -13）式算出被测液体甘油的粘滞系数 .实验步骤1用千分尺测定小球直径 d2 五次。2. 将小球放在盛有被测液体（甘油）的量筒管中央，使其在液体中徐徐下落。当落至量筒上部刻线 A（
