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1、-兀d3G _P)g = 3兀叫 d6 0 0 经计算可得液体的粘滞系数为x (P-P )gd212-2)粘滞阻力。加一项修正值公式(123)将变成mg图 121实验十二 液体粘滞系数的测定实验目的1了解用斯托克斯公式测定液体粘滞系数的原理，掌握其适用条件。2学习用落球法测定液体的粘滞系数。实验器材 玻璃圆筒，温度计，密度计，螺旋测微器，游标卡尺，天平，米尺，秒表，镊子 落球，蓖麻油等。实验原理 当物体球在液体中运动时，物体将会受到液体施加的与运动方向相反的摩擦阻力 的作用，这种阻力称为粘滞阻力，简称粘滞力。粘滞阻力并不是物体与液体间的摩擦 力，而是由附着在物体表面并随物体一起运动的液体层与附
2、近液层间的摩擦而产生的。 粘滞力的大小与液体的性质、物体的形状和运动速度等因素有关。根据斯托克斯定律，光滑的小球在无限广延的液体中运动时，当液体的粘滞性较 大，小球的半径很小，且在运动中不产生旋涡，那么小球所受到的粘滞阻力f为f = 3叩 vd(12-1)式中d是小球的直径，v是小球的速度，n为液体粘滞系数。n就是液体粘滞性的度 量，与温度有密切的关系，对液体来说，n随温度的升高而减少(见附表)。本实验应用落球法来测量液体的粘滞系数。如图121，密度为p的小球在液体 密mg=6兀d3p0g、浮力f=6兀d3pg、粘滞阻力f。开始下落时小球运动的速度较小，相应的阻力也小，重力大于粘滞阻力和浮力，
3、所以小球作 加速运动。由于粘滞阻力随小球的运动速度增加而逐渐增加，加速度也 越来越小，当小球所受合外力为零时，趋于匀速运动，此时的速度称为 收尾速度，记为v0。根据受力分析有12-3)0-18v0上式成立的条件是小球在无限宽广的均匀液体中下落， 但实验中小球是在内半径为 D 的玻璃圆筒中的液体里 下落，如图12 2,筒的直径和液体深度都是有限的, 故实验时作用在小球上的粘滞阻力将与斯托克斯公式 给出的不同。当圆筒直径比小球直径大很多、液体高度 远远大于小球直径时，其差异是微小的。为此在斯托克 斯公式后面加一项修正值，就可描述实际上小球所受的(p -p)gd3(124)r = 00(d Yd 1
4、8u 1 + 2.4 1 +1.65 一1D人h丿式中D为玻璃圆筒的内半径，h为液体深度，实验测出m、d、p 0、h、t、L和D,用 公式(124)可求出液体的粘滞系数n。式中各量均采用国际单位，n的单位为帕 秒，记为 Pa S, 1Pa S=1kg/(m s)。实验步骤(一)清点主要仪器1. 粘度仪(玻璃圆筒)2.温度计 ( ) 3.密度计 ( ) 4.螺旋测微计 ( )5.游标卡尺 ( ) 6.米尺 ( ) 7.小球 ( ) 8.秒表( ) 9.镊子10.待测液体 ( 蓖麻油 ) 11分析天平 ()(二)测量1.调节粘度仪底板上的可调螺钉，使玻璃筒轴线沿铅直方向；2用游标卡尺测量玻璃筒内直
5、径D，选不同方向测量五次后取平均。在圆筒油面下 面78cm和筒底上方78cm处作标记线，用米尺测出两标记线间的距离L,选不同 方向测量五次后取平均；3用螺旋测微计测出10个小球的直径d取平均值，同时用分析天平测10个小球质 量，求出 1 个球的质量；4.用镊子夹起小球在油面中心处放下，用秒表测出小球通过两标记线的距离L时所 需的时间t,将数据填入表中；5实验前后分别测量一次油液温度，温度计的液泡应在两标记线的正中。(三)数据表格量筒内径D =cm,蓖麻油温度T= CT 末= C小球质量 10m= 标记线间距 L=g， 蓖麻油密度 p 0= g/cm3 cm， 油深 h = cm表12345平均值圆筒直径D(cm)下落距离L(cm)小球直径d(cm)下落时间t(s)数据处理要求计算粘滞系数n ,并根据12-4式进行修正。注意事项1小球要于圆筒轴线位置放入。 2放入小球与测量其下落时间时，眼与手要配合一致。 3圆筒内的液体应无气泡，小球表面应光滑无油污。4测量过程中液体的温度应保持不变，实验测量过程持续的时间间隔应尽可能短。 问题讨论1斯托克斯公式的应用条件是什么？本实验是怎样去满足这些条件的？又如何进 行修正的？2 如何判断小球已进入匀速运动阶段？3观察小球通过刻线时，如何避免视差？4为了减小不确定度，应对测量中哪些量的测量方法进行改进？
