落球法测液体粘滞系数实验报告

落球法测液体粘滞系数实验报告
一、实验目的
1、学习和掌握用落球法测量液体粘滞系数的原理和方法。

2、测量不同温度下液体的粘滞系数，研究温度对液体粘滞系数的
影响。

3、巩固和深化对物理实验中基本测量方法和数据处理方法的理解
和应用。

二、实验原理
当一个小球在液体中下落时，它受到三个力的作用：重力、浮力和
粘滞阻力。

在小球下落的初始阶段，由于速度较小，粘滞阻力也较小，重力大于浮力和粘滞阻力之和，小球加速下落。

随着速度的增加，粘
滞阻力逐渐增大，当粘滞阻力、浮力与重力达到平衡时，小球将以匀
速下落。

此时，有：
＼mg ＝ F_{浮} ＋ 6\pi\eta rv\
其中，＼（m\）为小球的质量，＼（g\）为重力加速度，＼
（F_{浮}＼）为小球受到的浮力，＼（＼eta\）为液体的粘滞系数，＼（r\）为小球的半径，＼（v\）为小球匀速下落的速度。

小球的体积为\（V ＝＼frac{4}｛3}＼pi r^3\），其质量\（m ＝＼rho_{球} V\），浮力\（F_{浮} ＝＼rho_{液} Vg\）。

联立上述式子可得：
＼＼eta ＝＼frac{（＼rho_{球} ＼rho_{液}）gd^2}｛18v} ＼
其中，＼（d\）为小球的直径。

只要测量出小球匀速下落的速度\（v\）、小球的直径\（d\）以及液体和小球的密度\（＼rho_{液}＼）、＼（＼rho_{球}＼），就可以计算出液体的粘滞系数\（＼eta\）。

三、实验仪器
1、落球法粘滞系数测定仪：包括玻璃圆筒、温度计、激光光电计时仪等。

2、小钢球：若干个，直径已知。

3、镊子：用于夹取小球。

4、米尺：测量玻璃圆筒的高度。

5、游标卡尺：测量小球的直径。

6、电子天平：测量小球的质量。

7、停表：用于计时。

四、实验步骤
1、调整实验仪器
将玻璃圆筒垂直放置，注入待测液体，使其液面高度适中。

调整激光光电计时仪，使其发射和接收端在同一竖直线上，并与液面保持适当距离。

2、测量液体温度
使用温度计测量液体的温度，并记录下来。

3、测量小球直径
用游标卡尺测量小球的直径，在不同位置测量多次，取平均值。

4、测量小球下落时间
用镊子夹住小球，使其在液面上方静止释放。

当小球通过激光束时，光电计时仪自动记录下落时间\（t\）。

重复测量多次，取平均值。

5、改变液体温度，重复上述步骤
加热或冷却液体，使其达到不同的温度，分别测量相应温度下小球下落的时间和液体的粘滞系数。

五、实验数据处理
1、小球直径的测量数据
测量次数：5 次
测量值（mm）：分别记录每次测量的数值
平均值：计算 5 次测量值的平均值\（d_{平均}＼）
2、小球下落时间的测量数据
测量次数：10 次
测量值（s）：分别记录每次测量的数值
平均值：计算 10 次测量值的平均值\（t_{平均}＼）
3、液体温度的测量数据
测量值（℃）：分别记录每次测量的数值
4、计算小球匀速下落的速度\（v\）
＼ v ＝＼frac{l}｛t_{平均}｝＼
其中，＼（l\）为激光束发射和接收端之间的距离。

5、计算液体的粘滞系数\（＼eta\）
＼＼eta ＝＼frac{（＼rho_{球} ＼rho_{液}）gd_{平均}＾2}｛18v} ＼
其中，＼（＼rho_{球}＼）为小球的密度（已知），＼（＼rho_{液}＼）为液体的密度（已知），＼（g\）为重力加速度（取 98 m/s²）。

6、以温度为横坐标，粘滞系数为纵坐标，绘制粘滞系数与温度的
关系曲线。

六、实验结果与分析
1、实验结果
不同温度下液体的粘滞系数计算结果。

2、结果分析
观察粘滞系数与温度的关系曲线，分析温度对液体粘滞系数的影响规律。

讨论实验误差的来源，如小球直径测量误差、下落时间测量误差、液体温度测量误差等，并分析如何减小误差。

七、注意事项
1、实验过程中要保持玻璃圆筒垂直，液面平稳，避免振动和扰动。

2、测量小球直径时，要在不同位置多次测量，取平均值以减小误差。

3、释放小球时要使其在液面上方静止释放，避免初速度的影响。

4、测量下落时间时，要确保小球通过激光束时的信号清晰准确。

八、实验总结
通过本次实验，我们学习了用落球法测量液体粘滞系数的原理和方法，并成功测量了不同温度下液体的粘滞系数。

实验结果表明，液体
的粘滞系数随温度的升高而减小，这与理论预期相符。

在实验过程中，我们也认识到了测量误差的存在，并通过多次测量和合理的数据处理
方法来减小误差。

同时，通过对实验数据的分析和讨论，我们对液体
的性质和物理规律有了更深入的理解和认识。

总之，本次实验不仅提高了我们的实验技能和数据处理能力，也培养了我们的科学思维和探究精神，为今后的学习和研究打下了坚实的基础。