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1、实验名称：液体黏度的测量实验者:XX专业:物理年级:大二学号：XXXXXXX日期：XXXXXXX引言1实验动机：流体在运动状态下抵抗煎切变形速率能力的性质，称为粘滞，性或简称黏性。黏性是 流体的固有属性，是运动流体产生机械能损失的根源。如果在流动的流体中平行于流动方向 将流体分成流速不同的各层测在任何相邻两层的接触面上就有与面平行而与相对流动方向 相反的阻力或曳力存任 这种阻力或曳力称为黏滞力或内摩擦力。实验表明，对于 某些流体，相邻流层单位接触面上的黏滞力与速度梯度（即相邻流层的速度差6/与流层 间距办之比。如）成正比，即r二血初，比例系数称为动力黏度，简称黏度”， 或称“黏滞系数、“内摩擦
2、系数“。这一关系称为“牛顿黏滞定律“。黏度反映了流体黏 滞，性的大小。黏度的单位为帕*秒。液体的黏度在医学、生产、生活实践中都有非常重要的 意义。例如，许多心血管疾病都与血液的黏度有关;石油在封闭的管道中输送时，其输运特 性与黏滞性密切相关。因此，掌握黏度的测量方法十分重要。2 实验方法：使用毛细管法和落球法测黏度，在实验中熟练运用几种常用的长度测量工具游标卡 尺、千分尺，刻度尺和温度计、密度计、电子秒表等装置进行测量，并学会当测量条件不是 理想条件时如何通过修正使测量结果更接近于其实结果。二.实验原理1.毛细血管法图1毛细管黏度计实际液体在水平细圆管中流动时，因黏性而呈分层流动状态， 各流层
3、均为同轴圆管。若细圆管半径为,，长度为L ,细管两端的压 强差为V ,液体黏度为，则细圆管的流量Q =上式即泊肃叶定律。本实验采用的方法是，通过测量一定体积的液体流过毛细管的 时间来计算。即八 VQ = - =t 8L式中V即为/时间内流过毛细管的液体体积。当毛细管沿竖直位置放置时，应考虑液体本身的重力作用。因 此，式可表击为：r =众 p * pgL t本实验所用的毛细管黏度计如图3.2-1所示，它是一个U型玻璃管，A与B之间为一 毛细管，左边上部的管泡两端各有一刻痕C和A ,右边为一粗玻璃管且也有一管泡。实验 时将一定量的液体注入右管,用吸球将液体吸至左管。保持黏度计竖直，然后让液体经毛细
4、 管流回右管。设左管液面在C处时，右管中液面在D处，两液面高度差为H, CA间高度 差为勿，BD间高度差为鼠 因为液面在CA及BD两部分中下降及上升的极其缓慢（管泡 半径远大于毛细管半径），液体内摩榇损耗极小，故可近似作为理想液体，且流速近似为零。 设毛细管内液体的流速为V,由伯努利方程可知流管中各处的压强、流速与位置之间的关系 为：+ ph+p =常量对于图1中所示的C处和A处，若取hA = 0，则有pgh + - pvc + P = - pv + PA其中C处流速vc 0 , Po为大气压强，Pa为A处压强。所以有?入=?0+怎场一!少.同理，对B处与D处应用伯努利方程可得B处压强Pb =
5、 Po-Pgh2-2其中V为毛细管内的流体流速。由此,毛细管两端压强差为:AP = Pa-Pb= pg(h1+h2) = pg(H-L)将式代入式得：v = L.tL在实际测量时，毛细管半径r、毛细管长度L和A、C二刻线所划定的体积V都很难准 确地测出，液面高度差H又随液体流动时间而改变，并非固定值,因此，直接使用式计 算黏度相当困难。下面介绍比较测量法，即使用同一支毛细管黏度计，测两种不同液体流 过毛细管的时间。测量时，如果对密度分别为Q1和Q 2的两种液体取相同的体积，则在测 量开始和测量结束时的液面高度差也是相同的，分别测出两种液体的液面从C降到A(体 积为V )所需的时间 杼口切 由于
6、r、V、L都是定值，因此可得下式V oc Atl和弓 72式中 和分别是体积为V的两种液体流过毛细管的平均流量。中的两式相比可得 t t2仍=rAti式中 1和 2分别为两种不同液体的黏度，若已知Q 1、Q 2和 1 ,只要测出A和友就 可求出第二种液体的黏度。这种方法就叫做比较测量法。2.落球法金属小圆球在液体中下落时收到三个铅直方向的力:小球重力mg、液体对小球的浮力p gv和粘滞阻力F。若液体无线深广，在小球下落速度较小时，有F=6nrrv 其中r是小球半径,n称为液体粘度。随看小球下落速度的增大，阻力随之增大，最后三力达到平衡，即mg=pgV+6irrrv此时，小球做匀速直线运动。则由
7、上式可得(m-Vp)g6nrv令小球直径为d ,并用mWd3p ；vgr=?代入上式得(p -p ) gd2t101其中p为小球材料的密度，I为小球匀速下落的距离，t为小球下落I距离所用的时间。注意:因实验室无法满足无限深广的条件，所以式改为_ ( Q-P ) gdt118Z(1+2.4)(1+1.6 音)其中D为容器内径,H为液柱高度三.实验装置及过程【1】.实验装置：朝管法：奥氏黏度计1台；分析纯无水乙醇1瓶、蒸偕水1杯;密度计、温度计各1个，电子秒表1只；烧杯、移液管1只、洗耳球1个；砌去:落球法黏度测量仪1套（包括铁架台，盛有菖麻油的长试管和铅垂线）；千分尺、游标卡尺各1把，电子秒表1
8、只，玻璃皿1个；公用仪器：每2组共用1把Im钢尺,盛有菖麻油的量筒1个（内悬温度计、密度 计各1根【2】实验内容-落球法：湘谜6个直径相似小球，将小球放置在表面皿上，用有机溶剂清洗干净，并用滤纸 吸干剩余试剂。b,用千分尺测量小球直径:先将千分尺的砧台和测量轴靠近，当他们之间无任何物体 且转动棘轮听到“咯咯声时记下此时读数，以后的测量读书要减去此读数才是真实值。从 玻璃管内取少许油涂在小球上，用镣子夹住小球放置在千分尺的测量平台上进行规范测量。 若有个别小球直径与其他小球差别较大，则再选择一小球并重复a步骤，直到所有小球直 径相差在1%内。c.记下此时油温TO ,并用镣子夹住小球，将其放入玻璃
9、管的右面下，并使其沿看油柱 的中轴线下落;用秒表测量小球由上方线圈位置到下方所用时间t。测完后继续下f 小球 的测量。d.全部5个小球都测过以后,再测一次油温Tt,取其平均值作为实际油温e .用游标卡尺测玻璃管的内径D5次，用钢尺测出两线圈之间距离I及油柱深度Hf.用密度计测量油的密度二毛细管法a. 首先学习移液管的使用方法；用蒸憎水清洗移液管，再用移液管向黏度计右管中注 入6ml水，然后将蒸馋水吸至左管直到液面高于C刻痕。吸的过程中要缓慢仔细，防止气 泡混入毛细管，最后将左管上端橡皮管用手捏住；b. 使黏度计保持竖直位置，然后放开手，自液面降至C刻痕开始计时，记下液面自C 降到A所用时间tl
10、,重复五次取tl的平均值;c .将水倒出并用酒精洗涤黏度计（特别是毛细管部分）,洗涤后的酒精倒入指定容器 中，然后用移液管将6.00ml的酒精注入黏度计右管中，重复上述步骤，测出酒精液面自C 降到A所用的时间t2 ,重复测5次;d 实验过程中要记录温度To用密度计测量水的密度，酒精的密度和水的黏度查表可 知；3数据记录：I.落球法:初始室温:24.01结束室温：24.0C 平均室温:24.0。千分尺合上时示数为二-0.02mm实够号12345平均值直径示数（mm）0.9560.9500.9570.9560.9610.956匀速过程时间示数1:14.651:15.131:14371:14.811
11、:15.071:15.006匀速过程时间（s）74.6575.1374.3774.8175.0774.81【A】直径d由以上数据可知，直径0小_ - =0.956- （-0.02 ） =0.976 ,不确砂分析：妇*e1)2222(0.956-0.956 ) + ( 0.950-0.956 ) + ( 0.957-0.956 ) + ( 0.956-0.956 ) + ( 0.961-0.956 )一 J5*4= 1.761*10 - 3mm已知千分尺不确定度限度a=0.004mmUB2 = -122i-2.3i*io-3mm C V 3所以小球直径测量的不确定度为U(d) = J(d)2 +
12、 %2(d)2=J(1.761 * 10-3)2 + (2.31 * 10-3)2=2.904*10 -3mm故小球直径为(0.9760.003)mmB时间t由数据可知，时间 已75.01s ,由于秒表不确定度限值a忽略不计，所以2222(74.65-74.81 ) + ( 75.13-74.81 ) + ( 74.37-74.81 ) + ( 74.81-74.81 ) + ( 75.07-74.81 )一154=0.139s故下落时间为(74.810.14 ) s标志线位置(cm )油柱高度(cm)内径D1 (mm )内径D2 (mm )内径D3(mm )内径D4(mm )内径D5(mm
13、)10.2244.9356.6126.1126.1626.1726.4226.44C玻璃圆筒内径由数据得。=26.26mm- n(n-l)2222(26.11-26.26 ) + ( 26.16-26.26 ) + ( 26.17-26.26 ) + ( 26.42-26.26 ) + ( 26.44-26.26 )5*4=0.07mm已知游标卡尺不确定度限度a=0.02mm ,所以UB2 =涪=0.01mm C V 3故 u(d)= JUA(d)2 + B2(d)2二Jo.072 + 0.012=0.07mm所以玻璃圆筒内径为(26.260.07 ) mmD 小球匀速下落高度小球匀速下落高度
14、为 Ah = hl - h2=34.71cm=347.1mm因为刻度尺最小分度为1mm ,不确定度限度a=0.1mm不确(h) = J2% 1 (h)2 + UB2(h)2 = J2(土 + 专)2=o.i5mm故小球下落高度为(347.10.2)mmE 油柱高度同理，油柱高度H = 56.61cm=566.1mm不确定度(H)= j2UBi(h)2 + B2(h)2二2(土)2 + (号歹=0.15mm故油柱高度为(566.10.2)mmF 温度温度计不确定度为U=UB1 = l=0.2C D故温度为(24.00.2) CG 密度密度计的不确定度为U二0.001=0.0002103kg/m3D故密度为(0.97590.0002) 103kg/m3将上述数据整理为表格测量物理量小球直径 d(mm)玻璃圆筒内径D(mm)室 温T(C)小球匀速同高度l(mm)油液密度P(103kg/m3)液柱高度H(mm)时间 t(s)测量值0.97626.2624.0347.10.9759566.175.01不确定度0.0030.070.20.10.00020.10.13Ps：查阅资料，得上海地区的重力加速度为g=9.7940.001m/s2小球密度为 p = ( 7.90
