1、曲阜師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)日期：2020.5.24實(shí)驗(yàn)時(shí)間：8：30-12：00姓名：方小柒學(xué)號(hào)：*年級(jí)：19級(jí)專業(yè)：化學(xué)類實(shí)驗(yàn)題目：用落球法測液體黏度一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.掌握用落球法測量液體的粘滯系數(shù)。2.了解用斯托克斯公式測量液體粘滯系數(shù)的原理，掌握適用條件。3.測定蓖麻油的粘滯系數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)儀器：蓖麻油，玻璃圓筒，游標(biāo)卡尺，米尺，電子秒表，小鋼球，螺旋測微器，天平， 鑷子，密度計(jì)，溫度計(jì)三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：(1)用米尺測量小球勻速運(yùn)動(dòng)路程的上、下標(biāo)記間的距離L (L在實(shí)驗(yàn)過程中不 允許修改)。(2)用秒表分別測量直徑d=2.000mm和d = 1.500mm的小球下落L所需要的時(shí) 間t，重復(fù)測量6

2、次，取平均值。(3)將測量數(shù)據(jù)填入數(shù)據(jù)表格。四、實(shí)驗(yàn)原理：2、用落球法測量液體的黏度當(dāng)小球在液體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，見下圖，將受到與運(yùn)動(dòng)方向相反的摩擦阻力的作用，這 種阻力即為黏滯力。它是由于粘附在小球表面的液層與鄰近液層的摩擦而產(chǎn)生的。 當(dāng)小球在均勻、無限深廣的液體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，若速度不大，球的體積也很小，則根 據(jù)斯托克斯定律，小球受到的黏滯力為F = 6n“vr式中，n為液體的黏度，v為小球下落的速度，r為小球半徑。如果讓質(zhì)量為m， 半徑為r的小球在無限寬廣的液體中豎直下落，它將受到三個(gè)力的作用，即重力 G,液體浮力F浮，粘滯力F。F=6n“vrF 浮=4/3nr3p0gG=mg G=F- F 浮=0(

3、m 4 兀 r3 p ) gn =30 由此可得液體的粘滯系數(shù)為：6兀0若測量小球以勻速率V0下落距離L所用的時(shí)間t，則液體的粘滯系數(shù)為： 4(m q兀 r3 P ) gn=30一 t6兀rL由于實(shí)驗(yàn)中，小球是在內(nèi)半徑為R (直徑為D)的玻璃圓筒內(nèi)下落，圓筒的直徑 和液體深度都是有限的，因此實(shí)際作用在小球上的粘滯阻力將與斯托克斯公式給 出的略有不同。當(dāng)圓筒直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于小球直徑，且液體高度也遠(yuǎn)大于小球直徑時(shí)， 其差異是很微小的。因此，在求粘滯系數(shù)時(shí)我們加上一項(xiàng)修正項(xiàng)，將上述粘滯系6兀 rL( 1+2.4數(shù)公式變?yōu)?本次實(shí)驗(yàn)中我們忽略由于實(shí)驗(yàn)條件限制所引入的修正，用公式(1)計(jì)算液體粘4(m 一

4、一兀 r 3 P ) g TOC o 1-5 h z 30,.t6兀rL4(P P )=兀 r 3 g =0_. t滯系數(shù)：其中：p下落高度6兀rL4( P P ( d-)2 g 0_2. t18 L(P - P0)d 2g . tP0 、d、L分別為小球密度、液體密度、小球直徑、小球勻速18 L圖3 小球下落示意圖當(dāng)小球在液體中下落時(shí)，作用在小球上的力有重力pgv,浮力p0gV和黏滯力6nnvr, 其中P和P0分別是小球和液體的密度，V是小球的體積，三個(gè)力都在豎直方向， 重力向下，浮力和黏滯力向上。當(dāng)小球剛開始下落時(shí)，重力大于浮力和黏滯力之 和，小球向下做加速運(yùn)動(dòng)。隨著速度的增加，黏滯力逐漸

5、加大，當(dāng)速度達(dá)到一定 值時(shí)，作用在小球上的各個(gè)力達(dá)到平衡，于是小球勻速下落上式適用于小球在無限深廣的液體內(nèi)運(yùn)動(dòng)的情況?？紤]到器壁對小球運(yùn)動(dòng)的影響， 實(shí)驗(yàn)中要注意使小球以初速度為零沿軸線位置下落。如上圖所示，射小球下落的 距離為L，小球通過距離為L所用的時(shí)間為t，則1 (p-p0)gd2t18 L五、實(shí)驗(yàn)步驟：I、流程簡述：1.調(diào)整底座水平。2調(diào)整底盤水平。3 .確定小球下落間距L （實(shí)驗(yàn)過程中不允許改動(dòng)）。4記錄測量的結(jié)果；用鑷子夾起小球，先在蓖麻油中浸一下，然后在圓筒中央 靠近液面處輕輕投下，自由落體下落，然后用秒表記錄每次小球經(jīng)過L所用的時(shí) 間t,每個(gè)小球重復(fù)實(shí)驗(yàn)六次。II、線上操作：1.

6、主窗體介紹成功進(jìn)入實(shí)驗(yàn)場景后，實(shí)驗(yàn)場景主窗體如下圖所示落球法測液體的黏度實(shí)驗(yàn)場景2. 正式開始實(shí)驗(yàn)1、拖動(dòng)場景中米尺至量筒右側(cè)。2、在玻璃量筒大視圖中調(diào)節(jié)開始、結(jié)束高度，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)表格中“確認(rèn)按鈕”，保存實(shí)驗(yàn)過程不允許再調(diào)整計(jì)時(shí)高度。狀態(tài)。3、打開秒表大視圖，準(zhǔn)備計(jì)時(shí)。4、測量直徑2.000mm小球的下落時(shí)間。1）拖動(dòng)鑷子至盛放2.0mm鋼球的砝碼盒處，夾取鋼球。2）拖動(dòng)鋼球至玻璃量筒處，松開鼠標(biāo)，鋼球下落5、測量鋼球下落時(shí)間6、參照步驟3、4、5，重復(fù)測量大、小鋼球下落時(shí)間。記錄到數(shù)據(jù)表格，計(jì)算液體黏度系數(shù)。7、拖動(dòng)吸鐵石，將鋼球從量筒底部取出。8、結(jié)束實(shí)驗(yàn)。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄勻速

7、下落區(qū)L/cm25.00-2.98-22.02分別測量直徑為2mm和1.5mm的小球勻速下落的時(shí)間d/mmt1t2t3t4t5t625.385.425.305.545.385.401.59.589.569.589.509.549.58液體密度 kg.m-31.26X10-3鋼球密度 kg.m-37.80X10-32.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理d/mmL/cm下落L高度n/Pa.s所用平均時(shí)間/s222.025.400.34931.522.029.560.3478t1=(5.38+5.42+5.30+5.54+5.38+5.40) /6=5.40t2= (9.58+9.56+9.58+9.50+9.54+9.

8、58) /6=9.56七、思考題1、為了做好本實(shí)驗(yàn)，應(yīng)特別注意哪幾點(diǎn)？答：筒內(nèi)油須長時(shí)間的靜止放置，以排除氣泡，使液體處于靜止?fàn)顟B(tài)。實(shí)驗(yàn)過程 中不可撈取小球，不可攪動(dòng)。將小鋼球在液體中浸一下，然后用鑷子把小鋼球沿量筒中心軸線近液面處自由落下。液體粘滯系數(shù)隨溫度的變化而變化，因此測量中不要用手摸量筒。在觀察小鋼球通過量筒標(biāo)志線時(shí)，要使視線水平，以減小誤差。2、若將筒內(nèi)油溫升高一些，對測定結(jié)果有何影響？答：遵循熱脹冷縮原理，食用油加熱后體積變大，密度相對就會(huì)變小。P0減小， 導(dǎo)致測得的結(jié)果偏大3、斯托克斯公式的應(yīng)用條件是什么？本實(shí)驗(yàn)是怎么樣滿足這些條件的，是怎么修正的？答：無限寬廣的液體，無渦流，液體靜止，小球剛性，表面光滑，恒溫條件，無 初速度下落，勻速過程滿足該公式 本實(shí)驗(yàn)