落球法液体粘滞系数实验的改进.pdf

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1、第28卷第3期大学物理实验V01．28No．32015年6月PHYSICALEXPERIMENT0FC0LLEGEJun．2015文章编号：1007—2934(2015)03-0038-04落球法液体粘滞系数实验的改进黄秋萍(浙江师范大学，浙江金华321004)摘要：针对落球法粘滞系数实验中存在的诸多弊端，如小球释放凭经验、人工秒表计时误差较大等，对传统的粘滞系数实验进行改进，用光电门和数字毫秒计代替人工秒表计时，有效降低了人工秒表计时带来的视差和反应误差；在容器顶部加装中心带磁铁拉杆的盖子，通过磁力控制保证小球沿容器的中心轴线下落，降低了小球下落时间的测量误差。测试结果表明，使用改造

2、后的实验仪能够有效提高实验的测量精度，降低实验误差，提高了仪器设备的使用率，降低了实验成本。关键词：粘滞系数；落球法；仪器改造中图分类号：04—33文献标志码：ADOI：10．14139／j．enki．cn22—1228．2015．03．012液体粘滞系数是表征液体反抗形变能力的重要参数，在生产、生活、工程技术及医学方面有着1实验原理重要的应用1-5。粘滞系数的测量方法很多，有直径为d的小球在液体中下落时在竖直方向落球法6引、毛细管法、转筒法。。等，其中落球法上受到三个力的作用：重力mg，浮力即。d。g是最基本的一种方法，用落球法测定液体的粘滞系数只适用于测量粘滞系数较大的透明或半透明

3、和粘滞阻力／，当小球的速度"13很小，液体在各个液体，如蓖麻油、甘油等，但由于该方法物理现象方向上都无限广阔且无涡流的情况下，由流体力学基本方程可以导出粘滞阻力的斯托克斯公式-厂明显、原理直观、实验操作和训练内容较多，仍被广泛地应用于理工科大学的大学物理实验和物理=3~rrlvd，其中：p为液体的密度，为液体的粘滞系数。相关专业的低年级基础物理实验⋯。小球进入液体后，刚开始小球的速度较小，小落球法实验要求小球沿着容器的中心轴线下球的重力大于浮力和粘滞阻力之和，小球加速下落，传统的粘滞系数实验通过实验者凭经验释放落，同时粘滞阻力随着小球速度的增大而增大，最实现，很难保证小球恰好沿容器的中

4、心轴线下落；终三力处于平衡状态，即满足(1)式时，小球以收落球法实验要求测出小球匀速通过某段距离的时尾速度。匀速下落。间，而传统的粘滞系数实验仅仅通过实验者的秒mg=言∥g+3~rrldvo(1)表计时来实现，由于人工秒表计时存在着视差和当小球以通过路程所用时间为f，则有反应时间，实验时很难精确的测出小球下落的时L0—t—间。针对以上问题，本文对传统的粘滞系数实验进行改进：用光电门和数字毫秒计代替人工秒表1d3计时，并在容器的顶部加装有机玻璃盖，盖子的上得到液体的粘滞系数叼=方安置带磁铁的拉杆，通过磁力实现小球沿容器(2)的中心轴线下落，从而提高实验测量的精度。上述推导都是以小球在无限

5、宽广的均匀液体收稿日期：2014-12-22基金项目：浙江省自然科学基金项目(LQ13A040005)落球法液体粘滞系数实验的改进39中下落为条件的，而实际情况是液体盛放在一定小球手动将小球放人液面很难做到每次下落的小尺寸的容器中，当小球在直径为D高度为日的液球都能有效的挡光，导致实验的成功率不高。在体中下落，粘滞系数的表达式需要加修正因子释放小球进入液面问题上，激光光电传感器液体粘滞系数实验仪相较传统的落球法粘滞系数实验，修正后的粘(1+2．4)(1+3．3)仪并没有大的改进。针对这一问题的解决方案有多种：(1)在水平底盘和垂直立杆及横梁中心设滞系数公式为置导管便于小球沿量筒的中心轴

6、线下落的；g￡(m一1d)(2)在量筒上方增加一个倒扣的锥形有机玻璃—(3)罩_4J，利用磁铁来控制小球的释放。这些方法在3~rdL(1+2．4)(1+3．3)解决小球沿量筒的中心轴线下落问题上都有很大程度的改进，但是实验者用镊子将小球通过导管2传统的粘滞系数实验的弊端落人待测液体中时总是会或多或少的给小球施加一定的力¨，因此并不能保证小球刚好沿量筒的传统的粘滞系数测定实验在500mL的大量中心轴线下落；用锥形的有机玻璃罩既可以防尘，筒中进行，实验者用镊子夹住小球凭经验在容器避免液体被污染变质，同时利用磁铁来控制小球的中心轴线上释放，目测小球匀速通过的路程，的释放也可以避免手工释放小球

7、时的用力不均，用手动秒表记录小球通过￡的时间t，显然人工提高实验的成功率，但是实验者在移开磁铁的过秒表计时有视差和实验者的反应偏差，因此小球程中，在一定范围内小球仍受到磁力的作用，可能下落时间t的计时误差很大。同时根据实验会使小球偏离中心轴线下落而最终导致实验失原理，只有当小球从容器的中心轴线上下落，才能败。鉴于以上情况，在小球沿容器的中心轴线下保证球面的液层与周围其他液层的相对速度一落这个问题上，我们的方案是：用有机玻璃做一个样，小球下落测得