物理实验预习报告

化学物理系05级    姓名  张亮    学号PB05206050

一、实验题目：落球法测定液体的粘度

二、实验目的：通过用落球法测量油的粘度，学习并掌握测量的原理和方法

三、实验原理：

实验原理

1．            斯托克斯公式的简单介绍

粘滞阻力是液体密度、温度和运动状态的函数。从流体力学的基本方程出发可导出斯托克斯公式： 粘滞阻力                     （1）                             

2．            η的表示

在一般情况下粘滞阻力F是很难测定的。还是很难得到粘度η。为此，考虑一种特殊情况：小球的液体中下落时，重力方向向下，而浮力和粘滞阻力向上，阻力随着小球速度的增加而增加。最后小球将以匀速下落，由式得

     (2)   

式中ρ是小球的密度，g为重力加速度，由式（2）得

            （3）

由对R_e的讨论，我们得到以下三种情况：

（1）    当R_e<0.1时，可以取零级解，则式（3）成为

                           （4

即为小球直径和速度都很小时，粘度η的零级近似值。

（2）0.1<R_e<0.5时，可以取一级近似解，式（3）成为

                                                                             （8）

（3）当R_e>0.5时，还必须考虑二级修正，则式（6）变成

     

                          （9）

四、实验步骤:

1．            用等时法寻找小球匀速下降区，测出其长度l。

2．            用螺旋测微器测定6个同类小球的直径，取平均值并计算小球直径的误差。

3．            将一个小球在量筒中央尽量接近液面处轻轻投下，使其进入液面时初速度为零，测出小球通过匀速下降区l的时间t，重复6次，取平均值，然后求出小球匀速下降的速度。

4．            测出R、h和ρ₀（三次）及液体的温度T，温度T应取实验开始时的温度和实验结束时的温度的平均值。应用式（7）计算η₀。

5．            计算雷诺数R_e，并根据雷诺数的大小，进行一级或二级修正。

6．            选用三种不同直径的小球进行重复实验。

五、实验数据记录：

                           表5.2.2—1

                           表5.2.2—2

注：由于做本次实验前手意外受伤，打上了石膏，导致数据测量时可能有较大的偏差，特此说明，望老师理解。

六、实验数据分析:

1.      小球直径和时间t的数据处理：

                               表5.2.2—3

小球匀速下降的速度：

=7.207 m/s

=4.583 m/s

=2.933 m/s

2、黏滞系数的计算:

将表5.2.2—2中的数据代入公式（4）               

 计算所得值列入表5.2.2—4

                     5.2.2—4

3、雷诺数R_e计算

根据公式  计算得：

0.333

0.273

0.219

4.不确定度的计算:

mm

n=6时,t=1.11,

所以:
      d=3.9960.004 mm   P=0.68

     d=3.9960.008 mm   P=0.95

      d=3.9960.012 mm   P=0.99

七、问题与思考:

1、假设在水下发射直径为1m的球形水雷，速度为10m/s，水温为10℃，，试求水雷附近海水的雷诺数。

答: 取海水的密度近似为纯水的密度,即为1*10kg/m

代入中，得水雷附近海水的雷诺数R_e=1.54*10

2、 设容器内N₁和N₂之间为匀速下降区，那么对于同样材质但直径较大的球，该区间也是匀速下降区吗？反过来呢？

. 答: 对于同样材质但直径较大的球，该区间不一定是匀速下降区。因为较大的球的加速区域较长，所以当它到N1时可能还在加速下落。

但当较大的球到该区域时是匀速下降的，那么对于较小的球(加速区域较短)，到该区域时一定是匀速下落的.

 

第二篇：实验5落球法测定液体粘度

实验 36  落球法测定液体粘度

实验目的：

1、观察液体的内摩擦现象，学会用落球法测量液体粘度.

2、掌握基本测量仪器（如游标卡尺、螺旋测微计、秒表、比重计等）的方法.

3、学会用计算机辅助设计，了解进行科学实验的方法.

实验要求：

1、用计算机进行辅助设计，选择合适的实验条件.

2、用不同大小和材质的小球对不同的液体进行实验，以验证计算机辅助设计选择的实验条件的合理性与正确性.

3、用不同直径的圆柱形玻璃管进行实验，研究管壁对小球运动的影响.

4、测定蓖麻油的粘度.

5、用实验研究小球运动的收尾速度.

仪器设备：

   各种不同规格的玻璃圆筒、小球和液体、游标卡尺、螺旋测微计、米尺、秒表、

比重计、温度计等.

实验提示：

  在稳定流动的流体中，因为各层流体的速度不同就会产生切向力，快的一层给慢的一层拉力，慢的一层给快的一层阻力.这一对力称为流体的内摩擦力或粘滞力.

  若小球在无限广延的均匀液体中下降，且在运动过程中不产生旋涡，则根据St。kes定律，小球受到的粘滞力为

式中，η是液体的粘度，r是小球的半径，v是小球的运动速度.

  同时，小球还受到重力ρVg、浮力ρ。Vg的作用，根据受力分析

 

式中，d为小球直径，ρ为小球的密度，ρ。为液体密度.

  小球刚落入液体时，速度较小，相应的粘滞力也较小，小球作加速运动.随着小球运动速度的增加，粘滞力也增加，最后三力达到平衡，小球作匀速运动，此时的速度v称为收尾速度（又叫极限速度）.即

 

整理后可得液体的粘度

 

由于式（36-4）只适用于小球在无限广延的液体内运动的情形.在实验条件下，小球是在直径为D的装有液体的圆柱形玻璃管中运动的，考虑管壁对小球运动的影响，则式（36-4）应修正为

 

式中，K为修正系数，一般取2.4，也可由实验确定.V。为实验条件下的收尾速度，可以通过测量小球经过玻璃管外距离为s的两个标志线AA’和BB’（如图36-1所示）所用的时间t得到，即

 

数据处理：