落球法测量液体粘滞系数
落球法测量粘滞系数
01
02
03
绘制粘滞系数（h）-温度（T）曲线
估算间接测量不确定度
实验中误差来源的分析
数据处理
预写实验报告
复习实验步骤
作业
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这是1个一阶线性微分方程，其通解为：
(A1)
(A2)
(A3)
由（6）式可计算平衡时间。 若钢球直径为10-3m，代入钢球的密度r，蓖麻油的密度r0及40 ºC时蓖麻油的粘度h = 0.231 Pa·s，可得此时的平衡速度约为v0 = 0.016 m/s，平衡时间约为t0 = 0.013 s。 平衡距离L小于平衡速度与平衡时间的乘积，在我们的实验条件下，小于1mm，基本可认为小球进入液体后就达到了平衡速度
1.落球法测定液体的粘度
02
式中d为小球直径
式中r为小球密度，r0为液体密度。由（3）式可解出粘度h的表达式:
(3)
(4)
本实验中，小球在直径为D的玻璃管中下落，液体在各方向无限广阔的条件不满足，（4）式可修正为
(5)
落球法变温粘度测量仪
01
秒表
02
水平仪
03
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
粘滞系数的误差传递函数
壹
贰
小球的密度r
（7.8±0.1）×103 Kg/m3
蓖麻油的密度r0
（0.95±0.01）×103 Kg/m3
玻璃管直径D
（2.0±0.1）×10-2 m
小球直径d
（1.00±0.02）×10-3 m
太原地区重力 加速度g
实验11 落球法测量液体的粘滞系数
四、原始数据记ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ表格
组号________ 同组人姓名____________________ 成绩__________ 教师签字_______________
温度/°C 时间 速度 测量值 1 2 3 4 5 平均 温度每上升5°C左右测量一次，依照室温情况，测量范围可以在20°C ~55°C间任意选择，但40°C必做。
实验11 落球法测量液体的粘滞系数
专业___________________ 学号___________________ 姓名___________________
一、预习要点
1. 落球法测定粘滞系数的基本原理是什么？
2. 表示粘滞阻力的斯托克斯公式受到怎样的局限？实验中如何修正？
2. 相对误差保留二位有效数字。
七、思考题
1. 落球法为什么只适用于测量粘滞系数较高的液体？
2. 为什么落球要在圆筒中心轴线垂直下落？如果不满足该条件，会导致测量值偏大还是偏小？
福建农林大学 物理实验要求及原始数据表格
1
二、实验内容
使用变温粘度仪测定不同温度下蓖麻油的粘滞系数。
三、实验注意事项
1. 控温时间至少保证10分钟以上，从而使得样品温度与加热水温一致；
2. 调节样品管的铅直，尽量保证小球沿样品管中心下落；
3. 测量过程中，尽量避免对液体的扰动；
4. 从0刻线开始，小球每下落5cm计时一次，计时要眼明手快，保证视线与管壁刻线水平。
五、数据处理要求
1. 计算出不同温度条件下小球下落的速度及蓖麻油的粘滞系数，结果填入表格中，保留三位有效数字；
【精品】落球法测量液体的粘滞系数
【精品】落球法测量液体的粘滞系数液体的粘滞系数是指单位面积上两层流体在相对运动时所受到的剪切应力的比值，也就是黏性的量度。
在工业、生产和科学研究等领域中，液体的粘滞系数是一个非常重要的参数。
在化学、药品、民用和环保领域中，测定液体的粘滞系数会直接影响到液体的使用和品质。
通过落球法测量液体粘滞系数的方法已经被广泛应用于实际生产和实验研究中。
接下来将详细介绍落球法测量液体粘滞系数的原理、步骤和注意事项。
1.实验原理落球法是通过测量液体对采用特定顺序掉落的球的阻力大小，来推导出液体的粘滞系数，也称为斯托克斯法。
当液体中的一个球在受力平衡下自由落下时，其滑动阻力与重力相等，此时运动的速度达到稳定状态即恒速状态。
斯托克斯公式如下：F=6πηrv其中，F是球所受的阻力，η是流体粘度，r是球半径，v是球的降速度。
所以，液体粘度可以根据公式推算而得。
2.实验步骤2.1 器材准备实验器材准备如下：称量器、物理天平、万能架、滑动卡尺、测定液体、掉球器、支架灵敏度等。
2.2 实验前准备确定采用哪一种球进行实验，并注意该球的重量、半径和密度等参数，并确保球表面必须光滑。
将掉落器的底部设定为垂直于测量板并与水平面相等，并确保测量板的温度稳定。
取一定量的液体，将其转移至规定的容器中，在容器中保留足够的空间让球自由下落。
①将测定液体倒入容器中，确保液面高度超过掉落球轨道的最低位置。
注意，要等待液体温度稳定。
②仔细地沿着轨道掉落球。
③随后根据滑动卡尺得到球的降落距离。
④重复上述实验，至少取3次实验结果，以得到更为准确的粘滞系数。
3.注意事项①实验中必须确保液体温度稳定，并在测量前等待液体温度稳定。
②球表面必须光滑，以确保实验的准确性。
③实验室环境应尽可能减少干扰因素。
④在实验中，控制液体的落球速度必须稳定。
4.实验数据处理通过上述实验步骤所获得的数据，可以根据斯托克斯公式计算液体粘着力值。
如果实验数值有误差，可以通过多次实验，并对数据进行平均数计算，以获得更准确的结果。
落球法测量液体粘滞系数
实验八落球法测量液体粘滞系数概述当液体流动时，平行于流动方向的各层流体速度都不相同，即存在着相对滑动，于是在各层之间就有摩擦力产生，这一摩擦力称为粘滞力，它的方向平行于两层液体的接触面，其大小与速度梯度及接触面积成正比，比例系数η称为粘度，它是表征液体粘滞性强弱的重要参数。
液体的粘滞性的测量是非常重要的，例如，现代医学发现，许多心血管疾病都与血液粘度的变化有关，血液粘度的增大会使流入人体器官和组织的血流量减少，血液流速减缓，使人体处于供血和供氧不足的状态，这可能引起多种心脑血管疾病和其他许多身体不适症状。
因此，测量血粘度的大小是检查人体血液健康的重要标志之一。
又如，石油在封闭管道中长距离输送时，其输运特性与粘滞性密切相关，因而在设计管道前，必须测量被输石油的粘度。
各种实际液体具有不同程度的粘滞性。
测量液体粘度有多种方法，本实验所采用的落球法是一种绝对法测量液体的粘度。
如果一小球在粘滞液体中铅直下落，由于附着于球面的液层与周围其他液层之间存在着相对运动，因此小球受到粘滞阻力，它的大小与小球下落的速度有关。
当小球作匀速运动时，测出小球下落的速度，就可以计算出液体的粘度。
一、实验目的1、用落球法测液体的粘滞系数；2、研究液体粘滞系数对温度的依赖关系。
二、仪器装置1、THQNZ-1型液体粘滞系数测量实验仪；2、小钢球；3、蓖麻油(自备)；4、钢卷尺；5、千分尺；6、游标卡尺；7、温度计。
液体粘滞系数实验仪如图1所示。
三、实验原理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（mρ（V是小球体积，ρ是液体密度）和粘滞阻力为小球质量）；液体作用于小球的浮力gVF（其方向与小球运动方向相反）、如果液体无限深广，在小球下落速度v较小情况下，有=（1）6Fπηrv上式称为斯托克斯公式，其中r 是小球的半径；η称为液体的粘度，其单位是s Pa ⋅。
小球开始下落时，由于速度尚小，所以阻力也不大；但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vr gV mg πηρ6+=于是，小球作匀速直线运动，由上式可得：vrgV m πρη6)(-=令小球的直径为d ，并用3'6m d πρ=，v l t =，2r d =代入上式得ltgd 18)(2'ρρη-=（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。
实验一 落球法测液体的粘滞系数
第三章 基础性实验实验一 用落球法测量液体的黏滞系数【实验目的】1. 根据斯托克斯公式用落球法测定液体的黏滞系数。
2. 了解斯托克斯公式的修正方法。
【实验仪器】液体黏滞系数仪，米尺，游标卡尺，螺旋测微器，秒表，温度计，小钢球，比重计，镊子，蓖麻油，天平。
【实验原理】当半径为r 的光滑圆球以速度v 在液体中运动时，小球受到与运动方向相反的摩擦阻力的作用，这个阻力称为黏滞(阻)力。
黏滞力并不是小球和液体之间的摩擦力，而是由于黏附在小球表面的液层与相邻液层之间的内摩擦而产生的。
若小球的半径很小，液体是无限广延且黏性较大，如速度不大，在液体中不产生涡流的情况下，根据斯托克斯定律，小球在液体中受到的黏性力F 为：rv F πη6= (1-1)式子中r 为小球的半径，v 为小球的运动速度，η为液体的黏滞系数。
本实验采用落球法测液体的黏滞系数。
一质量为m 的小球落入液体后受到三个力的作用，即重力mg 、浮力gV 0ρ(0ρ为液体的密度，V 为小球的体积)和黏滞力F 。
在小球刚进入液体时，由于重力大于黏滞力和浮力之和，所以小球作加速运动。
随着小球运动速度的增加，黏滞力也增加，设当速度增加到0v 时，小球受到的合外力为零，此时有：gV rv mg 006ρπη+= (1-2)以后小球将以速度0v 匀速下降，此速度称为终极速度。
将小球的体积34()32d Vπ=代入式(1-2)可得： 200()18gd v ρρη-= (1-3) 式(1-3)是奥西斯—果尔斯公式的零级近似，适用于小球在无限广延的液体中运动的情况。
而在本实验中，小球是在半径为R 的装有液体的圆筒内运动的，这时测得的速度v 和理想条件下的速度0v 之间存在如下关系：)3.31)(4.21(0h r R r v v ++= (1-4) 式中，/2rd =，R 为盛液体圆筒的内半径，h 为液体的深度，将式(1-4)代入式(1-3)中，得出： )3.31)(4.21(18)(20hr R r gd ++-='ρρη (1-5) 实验时，先由式(1-3)求出近似值，再用式(1-5)求出经修正的值η'。
落球法测量液体粘滞系数
落球法测量液体的粘滞系数实验报告一、问题背景液体流动时，平行于流动方向的各层流体速度都不相同，即存在着相对滑动，于是在各层之间就有摩擦力产生，这一摩擦力称为粘滞力（或粘滞系数），它的方向平行于接触面，其大小与速度梯度及接触面积成正比，比例系数η称为粘度，它是表征液体粘滞性强弱的重要参数。
液体的粘滞系数和人们的生产，生活等方面有着密切的关系，比如医学上常把血粘度的大小做为人体血液健康的重要标志之一。
又如，石油在封闭管道中长距离输送时，其输运特性与粘滞性密切相关，因而在设计管道前，必须测量被输石油的粘度。
测量液体粘度可用落球法，毛细管法，转筒法等方法，其中落球法适用于测量粘度较高的透明或半透明的液体，比如：蓖麻油、变压器油、甘油等。
二、实验目的1．学习和掌握一些基本物理量的测量。
2．学习激光光电门的校准方法。
3．用落球法测量蓖麻油的粘滞系数。
三、实验仪器DH4606落球法液体粘滞系数测定仪、卷尺、螺旋测微器、电子天平、游标卡尺、钢球若干。
四、实验原理处在液体中的小球受到铅直方向的三个力的作用：小球的重力mg（m为小球质量）、液体作用于小球的浮力gVρ（V是小球体积，ρ是液体密度）和粘滞阻力F（其方向与小球运动方向相反）。
如果液体无限深广，在小球下落速度v较小情况下，有（1）上式称为斯托克斯公式，其中r是小球的半径；η称为液体的粘度，其单位是sPa⋅。
小球在起初下落时，由于速度较小，受到的阻力也就比较小，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（2）此时，小球将以0v 作匀速直线运动，由（2）式可得：（3）令小球的直径为d ，并用'36ρπd m =，t lv =0，2dr =代入（3）式得（4）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。
实验过程中，待测液体放置在容器中，故无法满足无限深广的条件，实验证明上式应进行如下修正方能符合实际情况：（5）其中D 为容器内径，H 为液柱高度。
《医用物理》落球法测定液体的粘滞系数实验
1υπρηr g V m 6)(排-=2d r =tl =υ实验三落球法测定液体的粘滞系数【实验目的】（1）掌握用落球法测定液体粘滞系数的原理和方法。
（2）学会使用电子天平，并会称量固体、液体密度。
（3）用落球法实验仪测定液体实时温度下的粘滞系数。
【实验仪器】落球法粘滞系数测定仪，激光光电计时仪，电子天平，砝码，2mm 小钢球，蓖麻油，米尺，千分尺，电子秒表，电子温度计等。
【实验原理】当金属小球在粘滞性液体中铅直下落时，由于附着于球面的液层与周围其他液层之间存在着相对运动，因此小球受到粘滞阻力，它的大小与小球下落的速度有关。
如果液体无限深广，在小球下落速度υ较小的情况下斯托克斯给出：6f r πηυ=（1）式中：r 是小球的半径，υ是小球下落的速度；η为液体的粘度，单位是s Pa ⋅。
如图（一）所示，小球在液体中下落时受到三个竖直方向的力：小球的重力G =mg （m 为小球的质量）；液体作用于小球的浮力F =排gV ρ(V 是小球的体积，ρ是液体的密度)；粘滞阻力6f r πηυ=（其方向与小球运动方向相反）；D 为量筒直径，H 为量筒中液体高度。
小球开始下落时，由于速度尚小，所以阻力f 也不大；但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r gV mg πηυρ6+=排，于是，小球做匀速直线运动。
由上式可得：令小球的直径为d ，并用，代入上式得ρπ'=36d m2)6.11)(4.21(18)(2HdD d l tgd ++-'=ρρηlt gd 18)(2ρρη-'=ltgd 18)(2ρρη-'=)6.11)(4.21(1Hd D d ++（2）式中，ρ'为小钢球的密度，l 为小球匀速下落的距离（即两激光束之间的距离），t 为小球下落l 距离所用的时间。
实验时，待测液体盛于量筒中，如图（一）所示，不能满足无限深广的条件。
实验证明，若小球沿筒的中心轴线下降，式（2）需要做如下修正方能符合实际情况：•式中，D 为量筒直径，H 为量筒中液体高度。
用落球法测定液体的粘滞系数
1 3 d ( 0 )g=3 dv0 6
粘滞系数
( 0 ) gd 2 ( 0 ) gd 2 = 18v0 18v(1 2.4d / D)
式中：钢球的密度 蓖麻油的密度 重力加速度
7.87 10 Kg m
3
-3
0 (0.96 ~ 0.97) 10 Kg m
L vi ti
2 i
(m ) s
-1
( 0 ) gd i 18vi (1 2.4di / D)
3.测量结果
(P ) a s (P ) a s
相对误差
1 5 i 5 i 1 标 100%
标
0
(标：T C时的粘滞系数）
3
-3
g=9.797m -2 s
圆形容器的内直径。 小球的直径。 小球下落时的速度。
D: d:
v:
【实验内容及步骤】
1.数据记录表格
直径
mm 1
D
2
3
x
ti / s vi / ms1 i / Pa s di D
d1 d2 d3 d4 d5
2。数据处理
各小球下落的速度： 各小球计算的粘滞系数：
:
dv F S dz 粘滞系数（单位 P a s
）
2.运动小球所受的粘滞力
f 3 dv
小球在液体中所受的合力为：
-——斯托克斯公式
F mg B f Vg 0 Vg 3 dv
当
F 0时，小球以速度 v0
匀速下落，即：
Vg 0 Vg=3 dv0
实验4.12
【实验目的】
用落球法测定液体的粘滞系数
1.观察小球在液体中的下落过程，了解液体的内摩擦现象； 2.掌握用落球法测定液体粘滞系数的原理和方法； 3.掌握秒表、密度计等基本测量仪器的使用方法。 【实验仪器】 游标卡尺、螺旋测微器、米尺、秒表、小球、温度计。 【实验原理】 1.粘滞定律
实验6 落球法测液体的粘滞系数
实验6 落球法测液体的粘滞系数
落球法是用于测量液体粘滞系数的一种常见的实验方法。
它的主要原理是球体穿过液
体时，就可以测量液体的粘滞系数。
实验过程是将一个经验值圆柱形体，如铝筒，悬挂在小钢筋上方。
筒子高度为悬挂筋
的长度减去筒子长度，即可保证实验中运动的稳定性。
接着用密封容器，装入一定量的液体，调整液体温度，然后将测试体放入空气中，调整测试体的质量以保证正确的落球运动
轨道。
将测试体放入液体中，以给定的速度开始落球，记录落球的时间同时做好安全措施，以免测试过程中造成安全事故。
落球过程应尽量控制好高度和液体的温度。
测量完毕后对实验数据进行计算处理，得出液体的粘滞系数。
实验结果受多种因素的
影响，如液体粘度、液体厚度、皮带高度等，因此改变以上参数即可改变实验结果，也可
以得出正确的粘滞系数数据。
落球法测量液体的粘滞系数是简单可行的，节省金钱和精力，也有很高的准确性和稳
定性。
但同时还需要考虑一些安全因素，如防止落球设备造成危险，以及保证实验精度和
效率，避免因参数的不足而使实验结果变得不准确的情况发生。
实验13 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
落球法测量液体粘滞系数概述当液体流动时，平行于流动方向的各层流体速度都不相同，即存在着相对滑动，于是在各层之间就有摩擦力产生，这一摩擦力称为粘滞力，它的方向平行于两层液体的接触面，其大小与速度梯度及接触面积成正比，比例系数η称为粘度，它是表征液体粘滞性强弱的重要参数。
液体的粘滞性的测量是非常重要的，例如，现代医学发现，许多心血管疾病都与血液粘度的变化有关，血液粘度的增大会使流入人体器官和组织的血流量减少，血液流速减缓，使人体处于供血和供氧不足的状态，这可能引起多种心脑血管疾病和其他许多身体不适症状。
因此，测量血粘度的大小是检查人体血液健康的重要标志之一。
又如，石油在封闭管道中长距离输送时，其输运特性与粘滞性密切相关，因而在设计管道前，必须测量被输石油的粘度。
各种实际液体具有不同程度的粘滞性。
测量液体粘度有多种方法，本实验所采用的落球法是一种绝对法测量液体的粘度。
如果一小球在粘滞液体中铅直下落，由于附着于球面的液层与周围其他液层之间存在着相对运动，因此小球受到粘滞阻力，它的大小与小球下落的速度有关。
当小球作匀速运动时，测出小球下落的速度，就可以计算出液体的粘度。
一、实验目的1、用落球法测液体的粘滞系数；2、研究液体粘滞系数对温度的依赖关系。
二、仪器装置1、YJ-RZT-II数字智能化热学综合实验平台；2、液体粘滞系数实验装置、3、光电转换实验模板；4、连接电缆；5、2mm小钢球；6、甘油(自备)；7、直尺；8、千分尺；9、数字温度传感器；10、小磁钢及重锤部件；11、激光器；12、接收器；13、量筒；14、导球管；15、物理天平；16、测温探头。
液体粘滞系数实验仪如图1所示。
三、实验原理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（mρ（V是小球体积，ρ是液体密度）和粘滞阻力为小球质量）；液体作用于小球的浮力gVF（其方向与小球运动方向相反）、如果液体无限深广，在小球下落速度v较小情况下，有rv F πη6= （1）上式称为斯托克斯公式，其中r 是小球的半径；η称为液体的粘度，其单位是s Pa ⋅。
5.落球法测量液体粘滞系数
液体粘滞系数的测量（落球法）在工业生产和科学研究中（如流体的传输、液压传动、机器润滑、船舶制造、化学原料及医学等方面）常常需要知道液体的粘滞系数。
测定液体粘滞系数的方法有多种，落球法（也称斯托克斯Stokes 法）是最基本的一种。
它是利用液体对固体的摩擦阻力来确定粘滞系数的，可用来测量粘滞系数较大的液体。
【实验目的】1. 观察液体的内摩擦现象，根据斯托克斯公式用落球法测量液体的粘滞系数；2. 掌握激光光电计时仪的使用方法；3. 了解雷诺数与斯托克斯公式的修正数； 4．掌握用落球法测粘滞系数的原理和方法； 5．测定当时温度下变压器油的粘滞系数。
【实验前准备】1.自学斯托克斯公式及雷诺数；2.粗略阅读讲义，了解大致的实验过程；3.认真阅读讲义，明确实验原理，写出自己设计的实验方案；4.再次阅读讲义，提出自己的疑问或可能的其他实验方案，如下落时间还有其他方法测量吗等；5.进一步熟悉并掌握某些测量器具的用法（如游标卡尺、螺旋测微计、秒表等）。
6.设计实验数据记录表格；7.复习不确定度计算方法并推导出本实验要用的不确定计算公式。
【自学资料】1． 如何定义粘滞力（内摩擦力）？粘滞系数取决于什么？ 当液体稳定流动时，流速不同的各流层之间所产生的层面切线方向的作用力即为粘滞力（或称内摩擦力）。
其大小与流层的面积成正比，与速度的梯度成正比，即： dxdvS F ⋅⋅=η (1) 式中比例系数η即为该液体的粘滞系数。
粘滞系数决定于液体的性质和温度。
2． 实验依据的主要定律是什么？它需要什么条件？ 主要依据斯托克斯定律，即半径为r 的圆球，以速度v 在粘滞系数为η的液体中运动时，圆球所受液体的粘滞阻力大小为：rv F πη6= (2) 它要求液体是无限广延的且无旋涡产生。
3． 实验的简要原理是什么？圆球在液体中下落时，受到重力、浮力和粘滞阻力的作用，由斯托克斯定律知粘滞阻力与圆球的下落速度成正比，当粘滞阻力与液体的浮力之和等于重力时，圆球所受合外力为零，圆球此后将以收尾速度匀速下落。
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。
11
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。
落球法测量液体粘滞系数
落球法测量液体粘滞系数
落球法是一种常用的测量液体粘滞系数的方法。
该方法基于斯托克斯定律，通过测量液滴或球体在流体中自由下落的速度来计算粘滞系数。
测量过程中，首先选择一个球体，并将其从一定高度释放在待测液体中。
当球体下落时间可以观察到时，利用装置和计时器记录液滴或球体下落的时间。
根据斯托克斯定律，下落速度与液体粘滞系数、球体半径和重力加速度之间存在关系：
V = (2/9) * (ρ- ρ_0) * g * R^2 / η
其中，V为下落速度，ρ为球体的密度，ρ_0为液体的密度，g为重力加速度，R 为球体半径，η为待测液体的粘滞系数。
通过多次测量不同球体或液滴的下落时间，可以获得不同下落速度的数据，然后利用上述关系式计算液体粘滞系数。
需要注意的是，在测量过程中需要保证实验条件的稳定性，包括温度、液体浓度等。
另外，为了提高测量的准确性，可以进行多次测量并求平均值。
总之，落球法是一种比较简单、常用的测量液体粘滞系数的方法，适用于大部分粘滞液体的测量。
落球法测液体粘滞系数实验的研究
落球法测液体粘滞系数实验的研究落球法，又称斯托克斯法，是一种测量流体粘滞系数的方法。
该方法基于斯托克斯定律，即当流体作用于一个小球时，小球在流体中的速度与小球的直径、流体的粘滞系数和流体密度有关。
根据这个定律，可以通过测量小球在流体中下落的速度，来计算出流体的粘滞系数。
下面，本文将围绕落球法测液体粘滞系数实验展开研究探讨，分步骤阐述实验方法。
1. 实验准备：准备材料：一个透明的长方体玻璃槽、一台电子天平、一瓶甘油、一根玻璃棒、一个直径为1cm左右小球（如陶瓷球或金属球）。
2. 实验步骤：（1）将透明玻璃槽排放在水平平台上，并通过电子天平测量其重量。
（2）将槽中加入甘油，直到液体的高度超过小球至少三倍或更高。
需注意，加入液体时应尽量避免产生气泡。
（3）通过玻璃棒轻轻地搅拌液体，使其溶解均匀。
（4）取出一个清洁的小球，用电子天平测量其重量。
（5）将小球悬挂在玻璃棒的一端，并将其缓慢地放入槽中。
待小球彻底沉入槽中后，启动计时器并记录下小球下降的时间。
（6）重复以上步骤多次，取得不同的时间数据。
取得的时间数据应尽可能接近。
（7）计算甘油的粘滞系数：根据斯托克斯定律，当小球下降速度恒定时，下降速度与粘滞系数和小球直径成正比，与液体密度成反比。
因此，可以利用下降速度计算出液体的粘滞系数，公式如下：粘滞系数=2/9*小球密度/（液体密度-小球密度）*小球半径^2*下降速度。
3. 实验注意事项：（1）实验时，应注意避免产生气泡，否则会影响实验结果；（2）搅拌液体时，应注意力度，不要搅拌过度，否则会对实验结果造成影响；（3）实验数据应尽可能多次重复，保证数据的准确性；（4）实验后应将玻璃槽和小球清洗干净，以便下次使用。
综上所述，落球法测液体粘滞系数实验是一种简单、直观的实验方法，可以用来测量不同液体的粘滞系数。
通过实验，我们可以深入了解粘滞系数的概念和应用，并了解到实验过程中需要注意的一些问题。
落球法测量液体粘滞系数
落球法测量液体粘滞系数
概述
当液体流动时，平行于流动方向的各层流体速度都不相同，即存在着相对滑动，于是在各层之间就有摩擦力产生，这一摩擦力称为粘滞力，它的方向平行于两层液体的接触面，其大小与速度梯度及接触面积成正比，比例系数η称为粘度，它是表征液体粘滞性强弱的重要参数。液体的粘滞性的测量是非常重要的，例如，现代医学发现，许多心血管疾病都与血液粘度的变化有关，血液粘度的增大会使流入人体器官和组织的血流量减少，血液流速减缓，使人体处于供血和供氧不足的状态，这可能引起多种心脑血管疾病和其他许多身体不适症状。因此，测量血粘度的大小是检查人体血液健康的重要标志之一。又如，石油在封闭管道中长距离输送时，其输运特性与粘滞性密切相关，因而在设计管道前，必须测量被输石油的粘度。
/Kg/m 量筒
直径
/cm 油温
/℃ 油柱深度
/cm 考虑到实验并不是在无限深广的情况下进行，须对测量结果进行修正，即速度应修正为： 。
说明：由于液体粘滞与温度关系密切，所以温度必须测准，否则测量结果与公认值查出结果含有一定差别。
3）按功能键选择适当的量程，按复位键清零、将小球放入导球管，当小球落下，阻挡上面的红色激光束时，光线受阻，此时手动按计时器的启动开关开始计时，到小球下落到阻挡下面的红色激光束时，再次按下计时器的启动开关计时停止，读出下落时间，重复测量6次以上，求平均值；
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。
实验2 落球法测定液体粘滞系数(53-55)2060
实验一 落球法测定液体粘滞系数 - 53 -实验二 落球法测定液体粘滞系数实际液体流动时，平行于流动方向的各层流体速度不同，于是各层之间就产生了与接触面平行的切向力，称为内摩擦力，又称粘滞力。
它的大小与速度梯度和接触面积成正比，比例系数η称为粘滞系数，它表征液体粘滞性的强弱。
测定η的方法有多种，常用的有落球法或落针法、毛细管法、旋转法等。
在变温条件下，还必须考虑液体的密度随温度的改变及对液体粘滞系数的影响。
在这里介绍用落球法测定液体粘滞系数的方法和用落针法研究液体粘滞系数随温度变化的特性。
【实验目的】1． 通过测量小球在液体中下落的运动状态来求测定液体的粘滞系数；2． 用雷诺数对斯托克斯公式进行修正。
【实验仪器】玻璃圆筒，数字天平，秒表，螺旋测微计，游标卡尺，温度计，比重计，小钢球(大小各10个)，镊子，待测液体(蓖麻油)。
【实验原理】斯托克斯公式半径为r 的光滑圆球，以速度v 在均匀的无限宽阔的液体中运动，当速度很小，球也很小时，在液体中不产生涡旋。
在这种情况下，它所受到的粘滞阻力为vr F πη6= (1-1)式(1-1)称为斯托克斯公式。
力F 实际上并非小球表面与液体之间的摩擦力，而是附着小球表面随小球—起运动的—层液体与周围液体之间的内摩擦力。
η即为液体的粘滞系数。
在CGS 制中，η的单位是P ，称为泊。
-211dy cm S P =⋅⋅。
在SI 制中，η的单位是Pa S ⋅或2N S m -⋅⋅，1Pa S 10P ∙=。
1． 液体粘滞系数的经验公式实验中，小球在密度为0ρ的液体中下落时，作用在小球上的力 图1-1有三个：重力、浮力和粘滞阻力，这三个力在同—直线上，重力向下，浮力和粘滞阻力向上。
小球开始下落时，速度尚小，阻力不大，小球加速下落。
随着速度的增加，小球所受粘滞阻力逐渐增大，当速度达到一定数值时，这三个力之和等于零，如图1-1所示，此后，小球将匀速下降，即vr g r g r πηρπρπ63434033+= （1-2） 此时的速度称为收尾速度，ρ是小球的密度，由式（1-2）得()vgr 9220ρρη-= （1-3） 由于液体装在容器内，总不满足无限宽阔的条件，如果小球沿内半径为R 的圆筒壁下落。
用落球法测量液体的粘滞系数(1)
用落球法测量液体的粘滞系数(1)
落球法测量液体的粘滞系数是一种基于测量液体粘度的方法。
该方法利用了该液体的阻力，或者说阻尼，来计算出该液体的粘度。
具体来说，落球法就是通过观察小球从一定高度自由落下，到达一定深度的时间来衡量液体的粘滞程度。
在落球法中，使用的小球通常是金属球、玻璃球等直径几毫米到数厘米的圆球，而液体则放置于一个圆柱形的容器中。
当球从容器的底端开始自由落下，液体便开始阻碍球的下落速度，因为液体对小球产生了一个阻力。
同时，球也因为阻力不断减速。
当小球到达液体中的一个特定深度时，它就不再加速并稳定下来了。
然后，可以使用时间和容器的尺寸来计算出液体的粘度。
粘度值就是液体阻碍小球落下所需要的力，这个力在落球法中称为剪切力。
剪切力可以用牛顿(N)来衡量，因此粘度通常在单位为牛顿每平方米(N·m^-2)的情况下表示，也可以使用其他单位，例如帕斯卡秒(Pa·s)或毫帕秒(mPa·s)。
粘滞系数的计算公式为：
η = 2(R^2g(ρ2-ρ1))/9v
其中，η表示液体的粘滞系数，R表示球的半径，g表示重力加速度，ρ2和ρ1分别表示液体和球体的密度，v则是小球下落至最终稳定状态所需的时间。
落球法测量液体的粘滞系数的过程需要非常精确的测量，因为小球下落的时间、液体容器直径和高度、以及小球和液体的密度都会影响粘滞系数的计算。
但这种方法的简单可行性和可重复性非常高，因此在实验室和工业领域中被广泛使用。
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5.用电子天平测量20个小球的质量,求其平均质
盘上,并移动量筒使其处于底盘中央位置;将落 球导管安放于横梁中心,两光电门接收端调整至
量m 。 6、 计算小球的密度 ' 。
正对发射光(可参照上述测试仪使用说明校准两 7.用卷尺测量光电门的距离 L ;测量10次小球下
光电门)。待液体静止后,将小球用镊子从导管中 落的时间,并求其平均值时间 s 。
(或粘滞系数),它的方向平行于接触面,其大小与 尺、螺旋测微器、电子天平、游标卡尺、钢球
速度梯度及接触面积成正比,比例系数η称为粘 若干。
度,它就是表征液体粘滞性强弱的重要参数。液 四、实验原理
体的粘滞系数与人们的生产,生活等方面有着密
处在液体中的小球受到铅直方向的三个
切的关系,比如医学上常把血粘度的大小做为人 力的作用:小球的重力 mg ( m 为小球质量)、液
当小球的密度较大,直径不就是太小,而液
体的粘度值又较小时,小球在液体中的平衡速度
小球在起初下落时,由于速度较小,受到的 阻力也就比较小,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
(2)
此时,小球将以 v0 作匀速直线运动,由(2)式可得:
(3)
令小球的直径为 d ,并用
m
6
d 3' , v0
(7)
当Re<0、1时,可认为(1)、(5)式成立;当0、
1<Re<1 时,应考虑(6)式中1级修正项的影响,
当Re大于1时,还须考虑高次修正项。
距离, t 为小球下落 l 距离所用的时间。
考虑(6)式中1级修正项的影响及玻璃管的影响
实验过程中,待测液体放置在容器中,故无 法满足无限深广的条件,实验证明上式应进行如 下修正方能符合实际情况:
3.用螺旋测微器测量20个小球的直径,求其平均
通测试仪电源,此时可以瞧到两光电门的发射端 值 d 。
发出红光线束。调节上下两个光电门发射端,使 4、 计算 d 的方差,去除不合格的小球,重新选择
两激光束刚好照在线锤的线上;
其她小球,重复3、4,直到所有小球合格。
(3)收回线锤,将装有测试液体的量筒放置于底
落球法测量液体粘滞系数
8.用游标卡尺测量量筒内径 D 。
9、 测量液柱高度H。
10.相关量代入公式(5),计算液体的粘滞系数 ,
并与该温度T 下的粘滞系数相比较。不同温度
下的蓖麻油的粘滞系数可参照附表1。
参考:
钢球平均密
度: ' 9.725 10 3 kg / m3
蓖麻油出厂密
度: 0.97 10 3 kg / m3
后,粘度1 可表示为:
(8)
由于 3Re/16 就是远小于1的数,将
落球法测量液体粘滞系数
1/(1 3Re/16) 按幂级数展开后近似为
计算的 Re 的1级修正,则由(9)式计算经修正的
1-3Re/16,(8)式又可表示为:
1
3 16
v0 d
(9)
已知或测量得到 ' 、 、 D 、 d 、 v0 等参数
体血液健康的重要标志之一。又如,石油在封闭 体作用于小球的浮力 gV (V 就是小球体积,
管道中长距离输送时,其输运特性与粘滞性密切 就是液体密度)与粘滞阻力 F (其方向与小球运
相关,因而在设计管道前,必须测量被输石油的 动方向相反)。如果液体无限深广,在小球下落速
粘度。
度 v 较小情况下,有
测量液体粘度可用落球法,毛细管法,转筒
l t
,r
d 2
代入(3)式得
(4)
其中 ' 为小球材料的密度, l 为小球匀速下落的
v0 会达到较大的值,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:
F
6v0r(1
3 16
Re
19 1080
Re 2
...)
(6)
其中,Re称为雷诺数,就是表征液体运动状态的
无量纲参数。
Re
dv0
粘度1 。在国际单位制中, 的单位就是Pa·s(帕 斯卡·秒),在厘米,克,秒制中, 的单位就是P(泊)
或cP(厘泊),它们之间的换算关系就是:
后,由(5)式计算粘度 ,再由(7)式计算 Re ,若需 1Pa·s = 10P = 1000cP
(10)
五、实验内容
放入,观察能否挡住两光电门光束(挡住两光束
1、 测试架调整
时会有时间值显示),若不能,适当调整光电门的
(1)将线锤装在支撑横梁中间部位,调整粘滞系
位置。
数测定仪测试架上的三个水平调节螺钉,使线锤 对准底盘中心圆点; (2)将光电门按仪器使用说明上的方法连接。接
2.用温度计测量待测液体温度T0 ,当全部小球投 下后再测一次液体温度T1 ,求其平均温度T 。
六、实验注意事项
1、测量时,将小球用毛巾擦拭干净;
2、等被测液体稳定后再投放小球;
3、全部实验完毕后,将量筒轻移出底盘中心位置
后用磁钢将钢球吸出,将钢球擦拭干净,以备下
次实验用。
落球法测量液体粘滞系数
七、实验记录
小球的直径测量
小球个数
小球直径
小球个数
小球直径
1
3、003
11
2、998
2
2、995
12
2、990
3
2、990
13
2、990
4
2、995
14
3、000
5
3、005
15
3、000
6
3、010
16
3、010
7
2、985
17
2、998
8
3、030
18
2、995
9
2、997
19
2、995
平均值
2、996
数据记录
仪器
光电门 螺旋测微器 游标卡尺
电子天平 卷尺
温度计
精度
0 、 0、001mm 0、05mm 0、001g 1mm
1℃
0001s
测量量 时间t 钢球直径d 圆筒直径D 小球质量m 液面高度H 温度
次数
时间t/s
D=
H=
起始 终止
落球法测量液体粘滞系数
1(6)
2、5040 2、4824 0、0661m 0
落球法测量液体粘滞系数
落球法测量液体的粘滞系数实验报告
一、问题背景
2.学习激光光电门的校准方法。
液体流动时,平行于流动方向的各层流体速 3.用落球法测量蓖麻油的粘滞系数。
度都不相同,即存在着相对滑动,于就是在各层 三、实验仪器
之间就有摩擦力产生,这一摩擦力称为粘滞力
DH4606落球法液体粘滞系数测定仪、卷
(1)
法等方法,其中落球法适用于测量粘度较高的透 明或半透明的液体,比如:蓖麻油、变压器油、甘
上式称为斯托克斯公式,其中 r 就是小球的半
径; 称为液体的粘度,其单位就是 Pa s 。
油等。
二量。
落球法测量液体粘滞系数
(5)
其中 D 为容器内径, H 为液柱高度。