用落球法测液体黏度实验报告(带数据)

曲阜师范大学实验报告

实验日期：2020.5.24 实验时间：8：30-12：00

姓名：方小柒学号：**********

年级：19级专业：化学类

实验题目：用落球法测液体黏度

一、实验目的：

1.掌握用落球法测量液体的粘滞系数。

2.了解用斯托克斯公式测量液体粘滞系数的原理，掌握适用条件。

3.测定蓖麻油的粘滞系数。

二、实验仪器：

蓖麻油，玻璃圆筒，游标卡尺，米尺，电子秒表，小钢球，螺旋测微器，天平，镊子，密度计，温度计

三、实验内容：

（1）用米尺测量小球匀速运动路程的上、下标记间的距离L（L在实验过程中不允许修改）。

（2）用秒表分别测量直径d=2.000mm和d=1.500mm的小球下落L所需要的时间t，重复测量6次，取平均值。

（3）将测量数据填入数据表格。

四、实验原理：

2、用落球法测量液体的黏度

当小球在液体中运动时，见下图，将受到与运动方向相反的摩擦阻力的作用，这种阻力即为黏滞力。它是由于粘附在小球表面的液层与邻近液层的摩擦而产生的。当小球在均匀、无限深广的液体中运动时，若速度不大，球的体积也很小，则根据斯托克斯定律，小球受到的黏滞力为

F=6πηvr

式中，η为液体的黏度，v为小球下落的速度，r为小球半径。如果让质量为m，半径为r的小球在无限宽广的液体中竖直下落，它将受到三个力的作用，即重力G，液体浮力F浮，粘滞力F。

F=6πηvr

F浮=4/3πr3ρ0g

G=mg G=F- F 浮=0

由此可得液体的粘滞系数为：

300

4

()3

=

6m r g rv πρηπ-

若测量小球以匀速率v0下落距离L 所用的时间t ，则液体的粘滞系数为：

3

04()3=6m r g

t rL πρηπ-⋅（1）

由于实验中，小球是在内半径为R （直径为D ）的玻璃圆筒内下落，圆筒的直径和液体深度都是有限的，因此实际作用在小球上的粘滞阻力将与斯托克斯公式给出的略有不同。当圆筒直径远远大于小球直径，且液体高度也远大于小球直径时，其差异是很微小的。因此，在求粘滞系数时我们加上一项修正项，将上述粘滞系

数公式变为3

04()3=r

61+2.4m r g t

rL R πρηπ-

⋅（）

本次实验中我们忽略由于实验条件限制所引入的修正，用公式（1）计算液体粘

滞系数：30302

0204

()3=64

()3=64())2=18()18m r g t rL

r g

t rL

d g

t

L

d g t

L πρηπρρππρρρρ-

⋅-⋅-⋅-=⋅（

其中： ρ 、 ρ0 、d 、L 分别为小球密度、液体密度、小球直径、小球匀速下落高度。

图3 小球下落示意图

当小球在液体中下落时，作用在小球上的力有重力ρgV，浮力ρ0gV和黏滞力6πηvr，其中ρ和ρ0分别是小球和液体的密度，V是小球的体积，三个力都在竖直方向，重力向下，浮力和黏滞力向上。当小球刚开始下落时，重力大于浮力和黏滞力之和，小球向下做加速运动。随着速度的增加，黏滞力逐渐加大，当速度达到一定值时，作用在小球上的各个力达到平衡，于是小球匀速下落

上式适用于小球在无限深广的液体内运动的情况。考虑到器壁对小球运动的影响，实验中要注意使小球以初速度为零沿轴线位置下落。如上图所示，射小球下落的距离为L，小球通过距离为L所用的时间为t，则

η=1

18

(ρ−ρ0)gd2t

L

五、实验步骤：

Ⅰ、流程简述：1．调整底座水平。

2．调整底盘水平。

3．确定小球下落间距L（实验过程中不允许改动）。

4．记录测量的结果；用镊子夹起小球，先在蓖麻油中浸一下，然后在圆筒中央靠近液面处轻轻投下，自由落体下落，然后用秒表记录每次小球经过L所用的时间t，每个小球重复实验六次。

Ⅱ、线上操作：

1.主窗体介绍

成功进入实验场景后，实验场景主窗体如下图所示

落球法测液体的黏度实验场景2. 正式开始实验

1、拖动场景中米尺至量筒右侧。

2、在玻璃量筒大视图中调节开始、结束高度，点击数据表格中“确认按钮”，保存状态。实验过程不允许再调整计时高度。

3、打开秒表大视图，准备计时。

4、测量直径2.000mm小球的下落时间。

1）拖动镊子至盛放2.0mm钢球的砝码盒处，夹取钢球。

2）拖动钢球至玻璃量筒处，松开鼠标，钢球下落。

5、测量钢球下落时间

6、参照步骤3、4、5，重复测量大、小钢球下落时间。记录到数据表格，计算液体黏度系数。

7、拖动吸铁石，将钢球从量筒底部取出。

8、结束实验。

六、实验数据： 1.实验数据记录

2.实验数据处理

所用平均时

间/s

222.02 5.400.3493

1.52

2.029.560.3478

t1=（5.38+5.42+5.30+5.54+5.38+5.40）/6=5.40

t2=（9.58+9.56+9.58+9.50+9.54+9.58）/6=9.56

七、思考题

1、为了做好本实验，应特别注意哪几点？

答：筒内油须长时间的静止放置，以排除气泡，使液体处于静止状态。实验过程中不可捞取小球，不可搅动。

将小钢球在液体中浸一下，然后用镊子把小钢球沿量筒中心轴线近液面处自由落下。

液体粘滞系数随温度的变化而变化，因此测量中不要用手摸量筒。

在观察小钢球通过量筒标志线时，要使视线水平，以减小误差。

2、若将筒内油温升高一些，对测定结果有何影响？

答：遵循热胀冷缩原理，食用油加热后体积变大，密度相对就会变小。ρ0减小，导致测得的结果偏大

3、斯托克斯公式的应用条件是什么？本实验是怎么样满足这些条件的，是怎么修正的？

答：无限宽广的液体，无涡流，液体静止，小球刚性，表面光滑，恒温条件，无初速度下落，匀速过程满足该公式

本实验采用刚性小球，使小球的半径远小于液面，体积可忽略不计，放入小球时