[精选PPT]实验四 落体法测量液体黏性系数
落球法测液体 粘滞系数
数。
η与液体的温度关系密切，当温度上升时，η迅
速下降。
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3
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4
空气浮力
液体粘滞力
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液体的粘滞性与粘滞系数
各种实际液体具有不同程度的粘滞性，当液体流
动时，具有不同速度的各层流体之间，存在着相对滑动，
于是在各层之间就有摩擦力产生，这一摩擦力称内摩擦力
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9
H
1/件
**
d/D
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3、总结与思考
落球法测量液体粘滞系数总结：
✓ 1、一定温度T下，小球在不同管径液体中下落同样高度
不同下落速度v；
✓ 2、通过外推法
小球的收尾速度vm。
mVg
3dvm
思考：什么样的液体适合用落球法来测量粘滞系数？
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或粘滞力，它的方向平行于接触面而与流动方向相反，其
大小与速度梯度成正比、与接触面积成正比，比例系数η
称为粘滞系数。
f粘滞
dv dx
S
η与液体的温度关系密切，当温度上升时，η迅速下降
。粘滞系数的单位： Pas
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问题的提出：
若给你一种液体 你怎样来测得它的粘滞系数
实验原理
一个小球在静止的液体中下落时，如果液体是无 限深广的，小球的半径和小球在液体中的下落速度均较小 ，且运动过程中不产生涡旋：
f粘滞 3 dv -----斯托克斯定 律
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1、本实验的设计思想
当金属小球在无限深广粘滞性液体中 下落时，在铅直方向其受力如图所示。当三力
平衡时，小球做匀速直线运动，速度为vm
落球法测液体的粘滞系数
落球法测液体的粘滞系数落球法是一种测定液体粘滞系数的方法，它是通过测量液体小球在垂直于其运动方向的平面上所受阻力来得出液体粘滞系数的。
该方法适用于各种流体，如液体、半固体或高分子体系，可用于研究定量性质，如粘度、流动性、粘滞作用等。
该方法简便易行，不需要特殊设备和条件，适用于实验室教学和科学研究等方面。
实验原理液体粘滞现象是由于粘性阻力的存在而引起的，这种阻力是由分子间的吸引和分子间摩擦力的相互竞争造成的。
落球法是利用这种阻力，通过测量液体小球在垂直于其运动方向的平面上所受的阻力来计算液体的粘滞系数。
实验步骤1.准备实验材料：落球法测定液体粘滞系数所需的材料包括：液体、球体、容器、计时器、温度计等。
2.将球体放入液体中：将球体轻轻地落入液体中，记录球体下落的时间t1。
（球体要保持光滑，不锈钢球较好用）3.测量空气中的自由落体时间：用同样的方法将球体轻轻落入向上的空气中，记录球体上升的时间t2。
4.重复步骤2和步骤3几次，记录其数据，并求其平均值。
5.计算液体的粘滞系数：根据忽略气体粘滞力和重力加速度的条件，在球体下落的过程中，假设液体存在的粘滞阻力是稳定的，则液体的粘滞系数可以通过以下公式进行计算：η = 2(R^2ρgvt) / 9v(1 + 2.4R/d)其中：η为液体粘滞系数；R为球体半径；ρ为液体的密度；g为重力加速度；v为球体的下落速度；d为容器与球体的直径差。
实验注意事项1.实验室环境条件要控制在较稳定的范围内，如温度、湿度、气压等。
2.液体的温度要保持恒定，以便消除温度差异引起的误差。
3.球体的表面要光滑，不锈钢球较好用。
4.实验数据的取值要尽量准确，数据平均值的误差不能超过实验要求的误差范围。
5.仪器要静置一段时间后才开始实验。
6.实验仪器应定期维护保养，并按时校准。
实验结果与分析落球法测定液体粘滞系数的实验结果是根据实验条件和数据计算出的一个值。
对于同一液体，它的粘滞系数往往随着温度的升高而降低，随着浓度的升高而增加，随着分子量的增加而增大。
落球法测量液体的粘滞系数
落球法测量液体的粘滞系数一、实验内容：熟悉斯托克斯定律，掌握用落球法测量液体的粘滞系数的原理和方法。
二、实验仪器：落球法粘滞系数测定仪、小钢球、蓖麻油、千分尺、激光光电计时仪三、实验原理：如图1，当金属小球在粘性液体中下落时，它受到三个铅直方向的力：小球的重力mg、ρ（V为小球体积，ρ为液体密度）和粘滞阻力F（其方向于小液体作用于小球的浮力gV球运动方向相反）。
如果液体无限深广，在小球下落速度v较小的情况下，有：=（1）6Fπηrv图1 液体的粘滞系数测量装置上式称为斯托克斯公式，式中η为液体的粘滞系数，单位是s Pa ⋅，r 为小球的半径。
斯托克斯定律成立的条件有以下5个方面： 1）媒质的不均一性与球体的大小相比是很小的；2）球体仿佛是在一望无涯的媒质中下降； 3）球体是光滑且刚性的； 4）媒质不会在球面上滑过；5） 球体运动很慢，故运动时所遇的阻力系由媒质的粘滞性所致，而不是因球体运动所推向前行的媒质的惯性所产生。
小球开始下落时，由于速度尚小，所以阻力不大，但是随着下落速度的增大，阻力也随之增大。
最后，三个力达到平衡，即：rv gV mg πηρ6+=于是小球开始作匀速直线运动，由上式可得：vrgV m πρη6)(-=令小球的直径为d ，并用ρπ36d m =，t l v =，2dr =代入上式得：（2）其中ρ'为小球材料的密度，l 为小球匀速下落的距离，t 为小球下落l 距离所用的时间。
实验时，待测液体盛于容器中，故不能满足无限深广的条件，实验证明上式应该进行修正。
测量表达式为：（3）其中D 为容器的内径，H 为液柱高度。
四、实验步骤：1． 调整粘滞系数测量装置及实验仪器1）调整底盘水平，在仪器横梁中间部位放重锤部件，调节底盘旋钮，使重锤对准底盘的中心圆点。
2）将实验架上的两激光器接通电源，并进行调节，使其红色激光束平行对准锤线。
3）收回重锤部件，将盛有待测液体的量筒放置到实验架底盘中央，并在实验中保持位置不变。
落球法测量粘滞系数课件
用于记录小球下落的过程，以便 后续分析。
其他辅助器材
支架
用于固定测量管和保持其稳定。
电源
为计时器和摄像头等设备提供电力。
03
实验步骤
实验前准备
准备实验器材
包括落球、支架、测量尺、计时 器等。
确定实验参数
如落球直径、实验温度、液体种类 等。
清洁实验器材
确保落球和实验容器的清洁，以免 影响实验结果。
结果计算与误差分析
结果计算
根据实验数据和公式，计算出液体的粘滞系数。
误差分析
对计算结果进行误差分析，包括系统误差和随机误差，并分析误差来源。
结果的讨论和解释
讨论
根据实验结果，讨论不同因素对粘滞系数的影响，如温度、 浓度等。
解释
对实验结果进行理论解释，结合物理原理和数学知识，对实 验结果进行深入分析。
根据公式计算粘滞系数， 并进行误差分析。
分析实验结果
比较不同参数下的粘滞系 数，得出结论。
04
实验结果分析
数据整理与图表绘制
数据整理
将实验过程中测得的数据进行整理， 包括小球下落时间、下落距离等，确 保数据准确无误。
图表绘制
根据整理后的数据，绘制出小球下落 时间与下落距离的关系图，以便直观 地观察实验结果。
落球法测量粘滞系数 课件
• 实验原理 • 实验器材 • 实验步骤 • 实验结果分析 • 实验注意事项 • 实验拓展与思考
目录
01
实验原理
落球法的基本原理
落球法是一种通过测量小球在流体中下落的速度来计算流体的粘滞系数 的方法。当小球在流体中下落时，受到流体的粘滞阻力作用，通过测量 小球的下落速度和直径等参数，可以计算出流体的粘滞系数。
实验4落球法测量液体的粘滞系数
实验4 落球法测量液体的粘滞系数液体粘滞系数又叫内摩擦系数或粘度，是描述流体内摩擦力性质的一个重要物理量，它表征流体反抗形变的能力，只有在流体内存在相对运动时才表现出来。
液体在管道中的传输、机械润滑油的选择、物体在液体中的运动等与都与液体的粘滞系数有关。
液体粘滞系数可用落球法，毛细管法，转筒法等测量方法，其中落球法适用于测量粘滞系数（以下简称η）较高的液体。
η的大小取决于液体的性质与温度，温度升高η值将迅速减小。
如蓖麻油在室温附近温度改变1℃时η值改变约10%。
因此，测定液体在不同温度η值才有意义，欲准确测量液体的粘滞系数，必须精确控制液体温度。
1 [实验目的]1.1 观察液体的内摩擦现象，学会用落球法测量不同温度下蓖麻油的粘滞系数。
1.2 了解PID 温度控制的原理。
1.3练习用停表计时，用螺旋测微器测直径。
2 [实验仪器]变温粘度仪，ZKY-PID 温控实验仪，停表，螺旋测微计，钢球若干。
3 [仪器介绍]3.1落球法变温粘度仪变温粘度仪的外型如图11-1所示。
待测液体装在细长的样品管中，能使液体温度较快的与加热温达到平衡，样品管壁上有刻度线，便于测量小球下落的距离。
样品管外的加热水套连接到温控仪，通过热循环水加热样品。
底座下有调节螺钉，用于调节样品管的铅直。
3.2开放式PID 温控实验仪温控实验仪包含水箱，水泵，加热器，控制及显示电路等部分。
温控试验仪内置微处理器，带有液晶显示屏，具有操作菜单化，能根据实验对象选择PID 参数以达到最佳控制，能显示温控过程的温度变化曲线和功率变化曲线及温度和功率的实际值，能存储温度及功率变化曲线，控制精度高等特点。
开机后，水泵开始运转，显示屏显示操作菜单，可选择工作方式输入序号及室温，设定温度及PID 参数使用▲▼键选择项目，▲▼键设定参数，按确认键进入下一屏，按返回键返回上一屏。
进入测量界面后，屏幕上方的数据栏从左至右依次显示序号，设定温度，初始温度，当前温度，当前功率，调节时间等参数。
落球法测量液体粘滞系数
1．用酒精将小钢球洗净，擦干后用读数显微镜测小球的直径，读数填入表1中并求直径d的平均值。
2．用天平测这些小球的总质量，再除以小球粒数得小球的平均质量m，填入表2中。测后将小球浸在和待测液相同的油中待用。
3．用游标卡尺分别测粘滞系数测量仪上每个圆筒的不同方位内径取平均值D及筒壁上两条刻度线的间距L。填入表2中。
(2)
实验时测定m，ρ，V，r，vT等量，即可计算η值。vT值测量方法：设小球匀速下落时，在时间t内下落距离为L，则
斯托克斯公式应用的条件是小球在无限宽广、均匀的液体中下落，而实验时，液体总要盛放在一定的容器内，其边界不可能是无限宽广的。即小球不可避免受到了容器壁及液体有限深度的影响。下面来介绍两种对容器影响进行修正的方法：
关键词
液体liquid，速度velocity，摩擦系数friction coefficient，密度density，
质量quality，显微镜microscope，直径diameter，磁铁magnet。
实验目的
1．利用斯托克斯公式，用落球法测液体的粘滞系数。
2．巩固使用基本测量仪器的技能。
实验原理
半径为r的光滑小球，以速度v在均匀的无限宽广的液体中运动时，若小球运动速度不大，球也很小，在液体中不产生涡流时，斯托克斯（G.G.Stokes）指出，球在液体中受到的粘滞阻力为
(1)
式（1）称为斯托克斯公式。其中η是液体的粘滞系数；v和r分别为小球的运动速度及半径。需要指出，阻力f不是由小球和液体之间的摩擦所引起，而是由于粘滞附在小球表面的一层液体与不随球运动的流体间的摩擦引起的，因此η也称为液体的内摩擦系数。由式（1）可知η的量纲为[ML-1T-1]，在国际单位制中，其单位为“帕斯卡·秒”（Pa·s），C.G.S制中的单位为“帕”（P），1Pa·s=10P。液体的粘滞系数随温度的变化有明显的差异，随温度的升高而减少，气体的粘滞系数则相反。
落球法测液体的粘滞系数——大物实验
21 / 4实验一 落球法测液体的粘滞系数粘滞系数是液体的重要性质之一，它反映液体流动行为的特征．粘滞系数与液体的性质，温度和流速有关，准确测量这个量在工程技术方面有着广泛的实用价值．如机械的润滑，石油在管道中的传输，油脂涂料，医疗和药物等方面，都需测定粘滞系数．测量液体粘滞系数方法有多种，落球法（又称Stokes 法）是最基本的一种，它可用于测量粘度较大的透明或半透明液体，如蓖麻油，变压器油，甘油等．【实验目的】1．学习和掌握一些基本物理量的测量；2．学会落球法测定液体的粘滞系数．【实验原理】一个在液体中运动的物体会受到一个与其速度反方向的摩擦力，这个力的大小与物体的几何形状、物体的速度以及液体的内摩擦力有关．液体的内摩擦力可用粘滞系数η 来表征．对于一个在无限扩展液体中以速度v 运动的半径为r 的球形物体，斯托克斯（G.G. Stokes ）推导出该球形物体受到的摩擦力即粘滞力为r v F ⋅⋅⋅=ηπ61 （1）当一个球形物体在液体中垂直下落时，它要受到三种力的作用，即向上的粘滞力F 1、向上的液体浮力F 2和向下的重力F 3．球体受到液体的浮力可表示为g r F ⋅⋅⋅=13234ρπ （2）上式中ρ 1为液体的密度，g 为重力加速度．球体受到的重力为g r F ⋅⋅⋅=23334ρπ （3）式中ρ 2为球体的密度．当球体运动某一时间后，上述三种力将达到平衡，即321F F F =+ （4）此时，球体将以匀速v 运动（v 也称为收尾速度）．因此，可以通过测量球体的下落速度v 来确定液体的粘滞系数：22 / 4()v r g 92122⋅-⋅⋅=ρρη （5）这里v 可以从球体下落过程中某一区间距离s 所用时间t 得到，这样粘滞系数为()s t r ⋅⋅-⋅⋅=g 92122ρρη （6）在实际测量中，液体并非无限扩展，且容器的边界效应对球体受到的粘滞力有影响，因此公式（1）需要考虑这些因数做必要修正．对于在无限长，半径为R 的圆柱形液体轴线上下落的球体，修正后的粘滞力为⎥⎦⎤⎢⎣⎡⋅+⋅⋅⋅⋅=R r r v F 4.2161ηπ （7）这样公式（6）变为()R r s t g r ⋅+⋅⋅⋅-⋅⋅=4.21192122ρρη （8）如果考虑到圆柱形液体的长度L 并非无限长，还有r /L 量级的进一步修正．【实验仪器】 F 3F 1+F 2图1 液体中小球受力分析图落球法粘滞系数测定仪（见图2）、小钢球、蓖麻油、米尺、液晶数显千分尺、游标卡尺、液体密度计、电子天平、电子秒表和温度计等．【实验内容】1．调整粘滞系数测定仪（1）调整底盘水平，在底盘横梁上放重锤部件，调节底盘旋纽，使重锤对准底盘的中心圆点；（2）将实验架上的上，下二个激光器接通电源，可看见其发出红光．调节上、下二个激光器，使其红色激光束平行，并对准锤线；（3）收回重锤部件，将盛有被测液体的量筒放置到实验架底盘中央，并在实验中保持位置不变；（4）在实验架上放上钢球导管；（5）将小球放入钢球导管，看其是否能挡阻光线，若不能，则适当调整激光器位置．2．测量下落小球的匀速运动速度（1）测量上、下二个激光束之间的距离；（2）放小球入钢球导管，当小球落下，阻挡上面的红色激光束时，光线受阻，此时用秒表开始计时，到小球下落到阻挡下面的红色激光束时，计时停止，读出下落时间，重复测量6次以上．3．测量小钢球的密度ρ 2（1）用电子天平测量小钢球的质量m，测量一次；（2）用千分尺测其直径d，测量十次，计算平均值；（3）计算小钢球的密度ρ 2．23 / 44．用液体密度计测量蓖麻油的密度ρ 1（单次测量）．用游标卡尺测量量筒的内径D（测量六次）．用温度计测量液体温度（液体粘滞系数随温度变化很快，因此需要标明测量是在什么温度下进行的．）．5．用公式（8）计算η 值，η 值保留三位有效数据，η 的单位为kg·m-1·s-1．6．用滚筒法测量蓖麻油的粘滞系数，根据落球法的测量结果和仪器说明书，选择合适的转子和转速。
用落球法测定液体粘度分析课件
人为因素可能导致落球时间测量存在 误差。
误差来源与减小误差的方法
01
减小误差的方法
02 使用高精度温度控制设备，确保实验过程 中温度稳定。
03
训练实验操作员，确保落球时间测量的准 确性。
04
对实验数据进行多次测量，取平均值以减 小误差。
05
注意事项与安全须知
实验中的注意事项
确保落球法测定装置的准确性和 可靠性，定期进行校准和维护。
在测量不同液体粘度时，应遵循 相同的操作步骤和实验条件，以 便进行比较和分析。
01
确保实验环境清洁，避免灰尘、 杂质等对实验结果造成影响。
02
03
在实验过程中，要保持恒定的温 度和稳定的实验条件，以获得准 确的粘度测量结果。
04
安全须知事项
在实验过程中，要穿戴适当的防护装备，如 实验服、护目镜和化学防护手套等。
通过测量小球在不同液体中下落的时间或速 度，可以计算出液体的粘度。
粘度的物理意义
粘度是描述流体流动特性的物理 量，表示流体在受到外力作用时
抵抗剪切变形的能力。
粘度通常用动力粘度（η）或运 动粘度（ν）表示，其单位分别 为帕·秒（Pa·s）和平方米每秒（
m²/s）。
不同流体在不同温度和压力下的 粘度不同，粘度与流体的分子结
构和分子间的相互作用有关。
粘度与流动性的关系
01
粘度与流动性呈反比关系，即粘度越大，流动性越差。
02
在工业生产中，液体的粘度对工艺流程、产品质量和能耗等方
面都有重要影响。
了解液体的粘度对于优化生产过程、提高产品质量和降低能耗
03
具有重要意义。
02
实验设备与材料
落球法测液体 粘滞系数
mg
8
如何判断小球下落匀速状态？
9
H
1/v 1/vm
*
*
*
*
d/D
10
3、总结与思考
落球法测量液体粘滞系数总结：
1、一定温度T下，小球在不同管径液体中下落同样高度
下落速度v；
不同
2、通过外推法
小球的收尾速度vm。
m V g
3dv m
思考：什么样的液体适合用落球法来测量粘滞系数？
η 与液体的温度关系密切，当温度上升时，η 迅
速下降。
3
4
空气浮力
液体粘滞力
5
液体的粘滞性与粘滞系数
各种实际液体具有不同程度的粘滞性，当液体流动时 ，具有不同速度的各层流体之间，存在着相对滑动，于是 在各层之间就有摩擦力产生，这一摩擦力称内摩擦力或粘 滞力，它的方向平行于接触面而与流动方向相反，其大小 与速度梯度成正比、与接触面积成正比，比例系数η 称 为粘滞系数。
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f 粘滞 3 dv
-----斯托克斯定律
7
1、本实验的设计思想 当金属小球在无限深广粘滞性液体中下 落时，在铅直方向其受力如图所示。当三力平 衡时，小球做匀速直线运动，速度为vm 。由受力分析可得
mg gV f粘滞
f 粘滞 3 dv
f 粘滞
内容导航
什么是液体粘滞系数
落球法测量原理
总结与思考
2
1、什么是液体粘滞系数
各种实际液体具有不同程度的粘滞性，当液体流 动时，具有不同速度的各层流体之间，存在着相 对滑动，于是在各层之间就有摩擦力产生，这一 摩擦力称内摩擦力或粘滞力，它的方向平行于接 触面而与流动方向相反，其大小与速度梯度成正 比、与接触面积成正比，比例系数η 称为粘滞系 数。
大物实验落球法测定液体黏度精品
大物实验-落球法测定液体黏度(精品) 大物实验-落球法测定液体黏度一、实验目的1.通过落球法测定液体的黏度，掌握黏度的概念及测量方法。
2.学习使用计时器和测量仪器，培养实验技能和动手能力。
3.分析实验数据，了解液体黏度与温度的关系。
二、实验原理黏度是描述流体内部摩擦力的物理量，是流体的重要性质之一。
在落球法中，将一已知质量和体积的小球从一定高度自由释放，使其在重力作用下在待测液体中下落。
通过测量小球下落的时间，可以计算出液体的黏度。
根据Stokes定律，小球在黏性液体中下落时受到的阻力为：F=6πηrV式中，η为液体黏度，r为小球半径，V为小球下落速度。
当小球在液体中下落达到稳定速度时，重力与阻力平衡，即：mg=6πηrV由此可得：η=(mg)/(6πrV)实验中，可以通过测量小球下落的时间t来计算其下落速度V。
设小球下落的高度为h，则有：V=(h/t)将V代入上式，可得：η=(mgt)/(6πrh)三、实验步骤1.准备实验器材：计时器、小球、量筒、温度计、待测液体等。
2.将待测液体倒入量筒中，测量其温度和体积。
3.将小球从一定高度自由释放，使其在重力作用下在待测液体中下落。
同时启动计时器记录小球下落的时间t。
4.重复实验3次，取平均值以减小误差。
5.根据实验数据计算液体黏度，并分析其与温度的关系。
四、实验数据分析假设实验得到的数据如下：实验次数液体温度（℃）液体体积（mL）小球质量（g）小球半径（cm）下落高度（cm）下落时间（s）黏度（Pa·s） 1 20 50 10 0.5 10 5.0 0.40 2 25 50 10 0.5 10 4.8 0.42 3 30 50 10 0.5 10 4.5 0.45根据实验数据，我们可以计算每次实验得到的液体黏度，并分析其与温度的关系。
通过计算可得：η1=(mg1t1)/(6πr1h1)=(0.01×9.8×5)/(6×3.14×0.005×0.1)=0.40Pa·s η2=(mg2t2)/(6πr2h2)=(0.01×9.8×4.8)/(6×3.14×0.005×0.1)=0.42Pa·sη3=(mg3t3)/(6πr3h3)=(0.01×9.8×4.5)/(6×3.14×0.005×0.1)=0.45Pa·s 可以看出，随着温度的升高，液体的黏度逐渐增大。
用落球法测量液体的粘滞系数
实验报告实验题目：落球法测定液体的黏度实验目的：本实验的目的是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。
实验原理：1、 斯托克斯公式粘滞阻力是液体密度、温度和运动状态的函数。
如果小球在液体中下落时的速度v 很小，球的半径r 也很小，且液体可以看成在各方向上都是无限广阔的vr F πη6= （1）η是液体的粘度，SI 制中，η的单位是s Pa ⋅ 2、 雷诺数的影响雷诺数R e 来表征液体运动状态的稳定性。
设液体在圆形截面的管中的流速为v ，液体的密度为ρ0，粘度为η，圆管的直径为2r ，则 2e v rR ρη=（2）奥西思-果尔斯公式反映出了液体运动状态对斯托克斯公式的影响： ...)1080191631(62+-+=e e R R rv F πη （3） 式中163eR 项和1080192e R 项可以看作斯托克斯公式的第一和第二修正项。
随着R e 的增大，高次修正项的影响变大。
3、 容器壁的影响考虑到容器壁的影响，修正公式为...)1080191631)(3.31)(4.21(62+-+++=e e R R h r R r rv F πη （4） 4、 η的表示因F 是很难测定的，利用小球匀速下落时重力、浮力、粘滞阻力合力等于零，由式（4）得...)1080191631)(3.31)(4.21(6)(34203+-+++=-e e R R h r R r rv g r πηρρπ（5）η...)1080191631)(23.31)(24.21()(181220+-+++-=e e R R h d R d v gd ρρ （6）a.当R e <0.1时，可以取零级解，则式（6）就成为)23.31)(24.21()(181200hdR d v gd ++-=ρρη （7）即为小球直径和速度都很小时，粘度η的零级近似值。
e<0.5时，可以取一级近似解，式（6）就成为它可以表示成为零级近似解的函数：001163ρηηdv -= （8） c.当R e >0.5时，还必须考虑二级修正，则式（6）变成或 ])(2701911[2121012ηρηηdv ++= （9）实验内容:1、利用三个橡皮筋在靠近量筒下部的地方，分出两个长度相等的区域，利用秒表测量小球通过两段区域的时间，调整橡皮筋的位置，并保持两段区域等长，寻找两次测量时间相等的区域，测出两段区域总长度l 。