實(shí)驗(yàn)名稱：液體黏度的測(cè)量實(shí)驗(yàn)者:XX專業(yè):物理年級(jí):大二學(xué)號(hào)：XXXXXXX日期：XXXXXXX—?引言1?實(shí)驗(yàn)動(dòng)機(jī)：流體在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下抵抗煎切變形速率能力的性質(zhì)，稱為粘滯，性或簡(jiǎn)稱黏性。黏性是流體的固有屬性，是運(yùn)動(dòng)流體產(chǎn)生機(jī)械能損失的根源。如果在流動(dòng)的流體中平行于流動(dòng)方向?qū)⒘黧w分成流速不同的各層測(cè)在任何相鄰兩層的接觸面上就有與面平行而與相對(duì)流動(dòng)方向相反的阻力或曳力存任這種阻力或曳力稱為"黏滯力"或"內(nèi)摩擦力"。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于某些流體，相鄰流層單位接觸面上的黏滯力『與速度梯度（即相鄰流層的速度差6/與流層間距辦之比。如￥）成正比，即r二〃血初，比例系數(shù)〃稱為"動(dòng)力黏度"，簡(jiǎn)稱"黏度”，或稱“黏滯系數(shù)"、“內(nèi)摩擦系數(shù)“。這一關(guān)系稱為“牛頓黏滯定律“。黏度反映了流體黏滯，性的大小。黏度的單位為帕*秒。液體的黏度在醫(yī)學(xué)、生產(chǎn)、生活實(shí)踐中都有非常重要的意義。例如，許多心血管疾病都與血液的黏度有關(guān);石油在封閉的管道中輸送時(shí)，其輸運(yùn)特性與黏滯性密切相關(guān)。因此，掌握黏度的測(cè)量方法十分重要。2?實(shí)驗(yàn)方法：使用毛細(xì)管法和落球法測(cè)黏度，在實(shí)驗(yàn)中熟練運(yùn)用幾種常用的長(zhǎng)度測(cè)量工具游標(biāo)卡尺、千分尺，刻度尺和溫度計(jì)、密度計(jì)、電子秒表等裝置進(jìn)行測(cè)量，并學(xué)會(huì)當(dāng)測(cè)量條件不是理想條件時(shí)如何通過修正使測(cè)量結(jié)果更接近于其實(shí)結(jié)果。二.實(shí)驗(yàn)原理1.毛細(xì)血管法圖1毛細(xì)管黏度計(jì)實(shí)際液體在水平細(xì)圓管中流動(dòng)時(shí)，因黏性而呈分層流動(dòng)狀態(tài)，各流層均為同軸圓管。若細(xì)圓管半徑為,，長(zhǎng)度為L(zhǎng),細(xì)管兩端的壓強(qiáng)差為V,圖1毛細(xì)管黏度計(jì)Q= 上式即泊肅葉定律。本實(shí)驗(yàn)采用的方法是，通過測(cè)量一定體積的液體流過毛細(xì)管的時(shí)間來計(jì)算。即八VQ=-= t8〃L式中V即為/時(shí)間內(nèi)流過毛細(xì)管的液體體積。當(dāng)毛細(xì)管沿豎直位置放置時(shí)，應(yīng)考慮液體本身的重力作用。因此，式①可表擊為：r=眾\p*pgLt本實(shí)驗(yàn)所用的毛細(xì)管黏度計(jì)如圖3.2-1所示，它是一個(gè)U型玻璃管，A與B之間為一毛細(xì)管，左邊上部的管泡兩端各有一刻痕C和A,右邊為一粗玻璃管且也有一管泡。實(shí)驗(yàn)時(shí)將一定量的液體注入右管,用吸球?qū)⒁后w吸至左管。保持黏度計(jì)豎直，然后讓液體經(jīng)毛細(xì)管流回右管。設(shè)左管液面在C處時(shí)，右管中液面在D處，兩液面高度差為H,CA間高度差為勿，BD間高度差為鼠因?yàn)橐好嬖贑A及BD兩部分中下降及上升的極其緩慢（管泡半徑遠(yuǎn)大于毛細(xì)管半徑），液體內(nèi)摩櫬?lián)p耗極小，故可近似作為理想液體，且流速近似為零。設(shè)毛細(xì)管內(nèi)液體的流速為V,由伯努利方程可知流管中各處的壓強(qiáng)、流速與位置之間的關(guān)系為：+p^h+p=常量對(duì)于圖1中所示的C處和A處，若取hA=0，則有pgh+-pvc+P=-pv+PA其中C處流速vc0,Po為大氣壓強(qiáng)，Pa為A處壓強(qiáng)。所以有?入=?0+怎場(chǎng)一!少.同理，對(duì)B處與D處應(yīng)用伯努利方程可得B處壓強(qiáng)Pb=Po-Pgh2-^^2其中V為毛細(xì)管內(nèi)的流體流速。由此,毛細(xì)管兩端壓強(qiáng)差為:AP=Pa-Pb=pg(h1+h2)=pg(H-L) ③將式③代入式②得：v=^L.t ④"L在實(shí)際測(cè)量時(shí)，毛細(xì)管半徑r、毛細(xì)管長(zhǎng)度L和A、C二刻線所劃定的體積V都很難準(zhǔn)確地測(cè)出，液面高度差H又隨液體流動(dòng)時(shí)間而改變，并非固定值,因此，直接使用④式計(jì)算黏度〃相當(dāng)困難。下面介紹比較測(cè)量法，即使用同一支毛細(xì)管黏度計(jì)，測(cè)兩種不同液體流過毛細(xì)管的時(shí)間。測(cè)量時(shí)，如果對(duì)密度分別為Q1和Q2的兩種液體取相同的體積，則在測(cè)量開始和測(cè)量結(jié)束時(shí)的液面高度差〃也是相同的，分別測(cè)出兩種液體的液面從C降到A(體積為V)所需的時(shí)間杼口切由于r、V、L都是定值，因此可得下式VocAtl和 —— ⑤弓72式中'和'分別是體積為V的兩種液體流過毛細(xì)管的平均流量。⑤中的兩式相比可得t]t2仍=r ⑥Ati式中〃1和〃2分別為兩種不同液體的黏度，若已知Q1、Q2和〃1,只要測(cè)出A和友就可求出第二種液體的黏度。這種方法就叫做比較測(cè)量法。2.落球法金屬小圓球在液體中下落時(shí)收到三個(gè)鉛直方向的力:小球重力mg、液體對(duì)小球的浮力pgv和粘滯阻力F。若液體無線深廣，在小球下落速度較小時(shí)，有F=6nr]rv其中r是小球半徑,n稱為液體粘度。隨看小球下落速度的增大，阻力隨之增大，最后三力達(dá)到平衡，即mg=pgV+6irr]rv此時(shí)，小球做勻速直線運(yùn)動(dòng)。則由上式可得(m-Vp)g

6nrv令小球直徑為d,并用mWd3p；vgr=?代入上式得(p-p)gd2t101其中p'為小球材料的密度，I為小球勻速下落的距離，t為小球下落I距離所用的時(shí)間。注意:因?qū)嶒?yàn)室無法滿足無限深廣的條件，所以式②改為_(Q-P)gd't 1 18Z (1+2.4§)(1+1.6音) ⑨其中D為容器內(nèi)徑,H為液柱高度三.實(shí)驗(yàn)裝置及過程【1】.實(shí)驗(yàn)裝置：①朝管法：奧氏黏度計(jì)1臺(tái)；分析純無水乙醇1瓶、蒸偕水1杯;密度計(jì)、溫度計(jì)各1個(gè)，電子秒表1只；燒杯、移液管1只、洗耳球1個(gè)；②砌去:落球法黏度測(cè)量?jī)x1套（包括鐵架臺(tái)，盛有菖麻油的長(zhǎng)試管和鉛垂線）；千分尺、游標(biāo)卡尺各1把，電子秒表1只，玻璃皿1個(gè)；公用儀器：每2組共用1把Im鋼尺,盛有菖麻油的量筒1個(gè)（內(nèi)懸溫度計(jì)、密度計(jì)各1根'【2】實(shí)驗(yàn)內(nèi)容-落球法：湘謎6個(gè)直徑相似小球，將小球放置在表面皿上，用有機(jī)溶劑清洗干凈，并用濾紙吸干剩余試劑。b,用千分尺測(cè)量小球直徑:先將千分尺的砧臺(tái)和測(cè)量軸靠近，當(dāng)他們之間無任何物體且轉(zhuǎn)動(dòng)棘輪聽到“咯咯"聲時(shí)記下此時(shí)讀數(shù)，以后的測(cè)量讀書要減去此讀數(shù)才是真實(shí)值。從玻璃管內(nèi)取少許油涂在小球上，用鐐子夾住小球放置在千分尺的測(cè)量平臺(tái)上進(jìn)行規(guī)范測(cè)量。若有個(gè)別小球直徑與其他小球差別較大，則再選擇一小球并重復(fù)a步驟，直到所有小球直徑相差在1%內(nèi)。c.記下此時(shí)油溫TO,并用鐐子夾住小球，將其放入玻璃管的右面下，并使其沿看油柱的中軸線下落;用秒表測(cè)量小球由上方線圈位置到下方所用時(shí)間t。測(cè)完后繼續(xù)下f小球的測(cè)量。d.全部5個(gè)小球都測(cè)過以后,再測(cè)一次油溫Tt,取其平均值作為實(shí)際油溫e.用游標(biāo)卡尺測(cè)玻璃管的內(nèi)徑D5次，用鋼尺測(cè)出兩線圈之間距離I及油柱深度Hf.用密度計(jì)測(cè)量油的密度二毛細(xì)管法首先學(xué)習(xí)移液管的使用方法；用蒸憎水清洗移液管，再用移液管向黏度計(jì)右管中注入6ml水，然后將蒸饞水吸至左管直到液面高于C刻痕。吸的過程中要緩慢仔細(xì)，防止氣泡混入毛細(xì)管，最后將左管上端橡皮管用手捏?。皇桂ざ扔?jì)保持豎直位置，然后放開手，自液面降至C刻痕開始計(jì)時(shí)，記下液面自C降到A所用時(shí)間tl,重復(fù)五次取tl的平均值;c.將水倒出并用酒精洗滌黏度計(jì)（特別是毛細(xì)管部分）,洗滌后的酒精倒入指定容器中，然后用移液管將6.00ml的酒精注入黏度計(jì)右管中，重復(fù)上述步驟，測(cè)出酒精液面自C降到A所用的時(shí)間t2,重復(fù)測(cè)5次;d?實(shí)驗(yàn)過程中要記錄溫度To用密度計(jì)測(cè)量水的密度，酒精的密度和水的黏度查表可知；[3]數(shù)據(jù)記錄：I.落球法:初始室溫:24.01 結(jié)束室溫：24.0°C平均室溫:24.0。。千分尺合上時(shí)示數(shù)為二-0.02mm實(shí)夠號(hào)12345平均值直徑示數(shù)（mm）0.9560.9500.9570.9560.9610.956勻速過程時(shí)間示數(shù)1:14.651:15.131:14371:14.811:15.071:15.006勻速過程時(shí)間（s）74.6575.1374.3774.8175.0774.81【A】直徑d由以上數(shù)據(jù)可知，直徑0小_-=0.956-（-0.02）=0.976,不確砂分析：婦*」e—1)2 2 2 2(0.956-0.956)+(0.950-0.956)+(0.957-0.956)+(0.956-0.956)+(0.961-0.956)一J 5*4=1.761*10-3mm已知千分尺不確定度限度a=0.004mmUB2=^-122i-2.3i*io-3mmCV3所以小球直徑測(cè)量的不確定度為U(d)=J^(d)2+%2(d)2=J(1.761*10-3)2+(2.31*10-3)2=2.904*10-3mm故小球直徑為(0.976±0.003)mm[B]時(shí)間t由數(shù)據(jù)可知，時(shí)間已75.01s,由于秒表不確定度限值a忽略不計(jì)，所以2 2 2 2(74.65-74.81)+(75.13-74.81)+(74.37-74.81)+(74.81-74.81)+(75.07-74.81)一1 5^4=0.139s故下落時(shí)間為(74.81±0.14)s標(biāo)志線位置(cm)油柱高度(cm)內(nèi)徑D1(mm)內(nèi)徑D2(mm)內(nèi)徑D3(mm)內(nèi)徑D4(mm)內(nèi)徑D5(mm)10.22~44.9356.6126.1126.1626.1726.4226.44[C]玻璃圓筒內(nèi)徑由數(shù)據(jù)得。=26.26mm-n(n-l)

2 2 2 2(26.11-26.26)+(26.16-26.26)+(26.17-26.26)+(26.42-26.26)+(26.44-26.26)5*4=0.07mm已知游標(biāo)卡尺不確定度限度a=0.02mm,所以UB2=涪=0.01mmCV3故u(d)=JUA(d)2+〃B2(d)2二Jo.072+0.012=0.07mm所以玻璃圓筒內(nèi)徑為(26.26±0.07)mm小球勻速下落高度小球勻速下落高度為Ah=hl-h2=34.71cm=347.1mm因?yàn)榭潭瘸咦钚》侄葹?mm,不確定度限度a=0.1mm不確"(h)=J2%1(h)2+UB2(h)2=J2(土￥+專)2=o.i5mm故小球下落高度為(347.1±0.2)mm油柱高度同理，油柱高度H=56.61cm=566.1mm不確定度"(H)=j2UBi(h)2+〃B2(h)2二」2(土)2+(號(hào)歹=0.15mm故油柱高度為(566.1±0.2)mm溫度溫度計(jì)不確定度為U=UB1=^l=0.2°CD故溫度為(24.0±0.2)°C密度密度計(jì)的不確定度為U二0.001=0.0002?103kg/m3D

故密度為(0.9759±0.0002)?103kg/m3將上述數(shù)據(jù)整理為表格測(cè)量物理量小球直徑d(mm)玻璃圓筒內(nèi)徑D(mm)室溫T(°C)小球勻速同高度l(mm)油液密度P(103kg/m3)液柱高度H(mm)時(shí)間t(s)測(cè)量值0.97626.2624.0347.10.9759566.175.01不確定度0.0030.070.20.10.00020.10.13Ps：查閱資料，得上海地區(qū)的重力加速度為g=9.794±0.001m/s2小球密度為p=(7.90±0.01)*103kg/m3球TOC\o"1-5"\h\z(p'-p)gd2t _由公式n=—— 5 得,181107 (1+2.碟)(1+1.6音)181_ 1 18*347.1*10一318*347.1*10一326.26 566.1=0.7100(Pa-s)(p'-p)gd2t合成不確定度：n=—因此，由不確定度傳遞公式得u2(n)= u2(p)+(務(wù)).u2(t)+ uu2(n)= u2(p)+(務(wù)).u2(t)+ u2(d)+ u2(i)=(碧廣知)+阡)"(t)+ 2u2(d)+(*M?uS)TOC\o"1-5"\h\z—9.794?75.01?0.9762?10一6)2 .+18?347.1?10-3 )(7.90-0.9579)*103?9.794?0.9762*10-6\2.。十18?347.1?10一3 ) '(7.9-0.9579)1。3?9.794?75.01?2?0.976?10一3)2. .1()_3 2十18.347.1.10-3 ) )18*347.12>10"6一(7.90一0.9579).103?9.794.75.01.0.9762.10一6)￡. 】18*347.12>10"6=1.2546-l0"l6+l.8l6l*l0"6+2.2850*l0"5+5.0l85*l0"8=2.472<10"5所以U(n)=4.972?10一3(Pa?s)該溫度下篦麻油黏度n=(0.710±0.005)(Pa>s)12345平均值水測(cè)量時(shí)秒表示數(shù)1:09.471:09.911:09.971:09.001:09.13/水測(cè)量時(shí)間虹（s）69.4769.9169.9769.0069.1369.51酒精測(cè)量時(shí)秒表示數(shù)1:45.131:44.101:43.751:43.911:42.59/酒精測(cè)量時(shí)間t2（S）105.13104.10103.75103.91102.59103.90由數(shù)據(jù)，得切=69.51s因?yàn)槊氡聿淮_定度限度a忽略不計(jì)n_(xf-%)2U=t^1)(69.47-69.51)+(69.91-69.51)+(69.97-69.51)+(69.00-69.51)+(69.13-69.51)

5^4=0.20s

所以水測(cè)量時(shí)間為（69.51±0.20）s同理，tz=103.90su=t珞…)n(n—1)2 2 2 2 2(105.13-103.90)+(104.10-103.90)+(103.75-103.90)+(103.91-103.90)+(102.59-103.90)5*4=0.41s所以酒精測(cè)量時(shí)間為（103.90±0.41）s物理量水密度p(103kg/m3)酒精密度p(103kg/m3)水粘度P|(Pa,s)水測(cè)量時(shí)間以酒精測(cè)量時(shí)間《2示數(shù)0.99650.78610.911*10-369.51103.90不確定度0.00020.0002/0.200.41將物理量總結(jié)歸入下表W,CC… o0.7861*103>103.90…一om二=0.911*10-3?cc”l =L074?10-3(Pa?s)0.9965*103>69.51化=71--由公式Atl氣P2,因?yàn)楹途鶠椴楸硭?，所以不參與不確定度的討論合成不確定度為:書(n2)（氣）+（斜?皿）+（斜?2U2(t2)P2t2?氣.U2(%)+(P2t2 npi*ti2i2?U2&)二(-0?786。6口。。。門。3.9。 *0.001)2 0.786。6*1。。。*1。3.9。0.9965*1000*69.512\(0.9965*1000)2*69.51 0.9965*1000*69.5120.911*0.001)2°202*(了860仁。0：?0911*o.ooi)20412

) \0.9965*1000*69.51 )=4.6375?10一2°+9.5311?10-12+1.7927?10"11=2.7458.IO-"所以U(n)=5.2401?10-6(Pa?s)2故酒精黏度為n=(1-074±0.005)>l0-3(Pa>s)四?分析與討論誤差分析：落球法該實(shí)驗(yàn)測(cè)得蔑麻油粘度q=(0.710±0.005)(Pa-s),經(jīng)上網(wǎng)查閱資料該溫度下蹺麻油該溫度下粘度大約為0.68(Pa?s),可見實(shí)驗(yàn)存在一定誤差。產(chǎn)生誤差原因：小球表面附著物未清理干凈，影響直徑測(cè)量將小球放入玻璃圓筒時(shí)未控制其從正中央下落C.圓筒外壁上所套統(tǒng)圈過于松弛，未保證平行，讀數(shù)時(shí)產(chǎn)生誤差D.刻度尺未保持鉛直，測(cè)量油柱高度及小球勻速下落高度時(shí)產(chǎn)生誤差毛細(xì)管法