旋转液体物理特性的测量
界面张力仪 旋转滴 工作原理
界面张力仪旋转滴工作原理界面张力仪是一种用于测量物体表面张力的仪器。
它可以通过测量物体表面的张力来判断物体的稳定性和表面性质。
其中，旋转滴是一种常用的测量方法，通过旋转滴液滴的方式来测量张力的大小。
界面张力仪的工作原理主要基于液体表面张力的概念。
液体分子在表面上会受到内部分子的吸引力，使得液面呈现出一个尽可能小的表面积。
这种现象被称为表面张力，是液体的一种特性。
当液体接触到固体表面时，会形成一个液体-固体界面，这个界面上同样存在着表面张力。
界面张力仪利用这种表面张力的特性来测量物体的性质。
旋转滴是界面张力仪中常用的测量方法之一。
它通过将液体滴在旋转的物体表面上，然后观察液滴的形态变化来测量张力的大小。
具体操作是将测量物体固定在仪器上，然后将液体滴在物体表面上。
物体开始旋转后，液滴会逐渐变形，直到最终形成一个稳定的液膜。
通过观察液滴的变形程度和形态，可以推断出物体表面的张力大小。
旋转滴的测量原理是基于液滴的形状变化与张力之间的关系。
液滴在物体表面上受到的张力会使得液滴形成一个尽可能小的表面积。
当液滴受到旋转力的作用时，液滴会逐渐变形，直到张力与旋转力达到平衡。
通过测量液滴的形态参数，如接触角、液滴半径等，可以计算出张力的大小。
旋转滴测量的精度取决于多个因素，包括旋转速度、液滴的初始大小、液体的性质等。
为了提高测量的准确性，界面张力仪通常会进行校准和标定。
校准是通过使用已知张力的标准液体进行比对，从而确定仪器的测量误差。
标定则是根据测量需要，选择适当的参数和方法进行仪器的调整和校准，以确保测量结果的准确性和可重复性。
界面张力仪的应用非常广泛，特别是在液体表面性质研究和质量控制方面。
例如，在化学工业中，界面张力仪可以用来研究液体的分子间相互作用和界面现象，从而优化产品的性能和生产工艺。
在生物医学领域，界面张力仪可以用来研究细胞膜的特性和药物的递送机制，有助于药物的研发和治疗的改进。
此外，界面张力仪还可以应用于涂料、油墨、纺织品等行业，用来评估产品的质量和性能。
粘度测试方法
粘度测试方法粘度是液体流动性的一种物理性质，它对液体的黏稠度进行了描述。
在工业生产和科学研究中，粘度测试是非常重要的，因为它能够帮助我们了解液体的流动性能，从而指导生产和科研实验。
下面将介绍几种常见的粘度测试方法。
首先，最常见的粘度测试方法之一是旋转粘度计法。
这种方法适用于各种类型的液体，包括润滑油、涂料、树脂等。
它的原理是通过旋转粘度计来测量液体在一定条件下的流动性能。
通过旋转粘度计法，我们可以得到液体的粘度值，从而评估其流动性能。
其次，还有一种常见的粘度测试方法是流变仪法。
流变仪是一种专门用于测量液体、半固体和软固体材料流变性能的仪器。
通过流变仪法，我们可以得到液体在不同剪切速率下的粘度值，从而了解其流变性能。
这种方法适用于各种类型的液体，尤其是高粘度的液体。
另外，还有一种常见的粘度测试方法是滚动粘度计法。
滚动粘度计是一种通过滚动方式来测量液体粘度的仪器。
通过滚动粘度计法，我们可以得到液体在不同温度下的粘度值，从而了解其在不同温度下的流动性能。
这种方法适用于需要在不同温度条件下测试液体粘度的情况。
除了上述方法外，还有一些其他的粘度测试方法，如旋转杯法、滴定法等。
这些方法各有特点，适用于不同类型的液体和不同的测试条件。
在选择粘度测试方法时，需要根据具体的情况来选择合适的方法，以确保测试结果的准确性和可靠性。
总之，粘度测试是非常重要的，它能够帮助我们了解液体的流动性能，指导生产和科研实验。
在进行粘度测试时，需要选择合适的测试方法，并严格按照操作规程进行测试，以确保测试结果的准确性和可靠性。
希望本文介绍的粘度测试方法能对大家有所帮助。
旋转液体测重力加速度的研究
旋转液体测重力加速度的研究摘 要： 本文通过对旋转液体反射的原理以及斜率法的综合运用，从而对重力加速度g 进行了测量。
研究旋转液体浓度与重力加速度之间的存在的关系，利用ori g in 软件找出不同浓度液体测g 值得拟合，并对旋转液体反射方法所得g 值与当地g 值比较，给出最好的重力加速度测量方法，得出最准确的液体浓度。
关 键 词：旋转液体；重力加速度；浓度；抛物面方程1 引 言: 重力加速度通常 用g 表示，一般取9.802/m s 。
它是一个非常重要的地球物理常数，其值随着地理纬度和海拔高度的不同而不同 。
准确测定不同地区的重力加速度在理论上、生产上以及科学研究中都具有重要的意义 。
对重力加速度的多种不同测量方法及它们各自的设计思想和实验技巧等进行分析研究，将会加深我们对物理实验的基本思想、方法和技能的掌握，培养实验设计能力和创造性思维。
所以重力加速度在大学物理实验中是重要的一个基本物理实验。
根据盐城所在的纬度为北纬33022’，经度为东经120012’，我们能够得出盐城本地重力加速度为9.7982/m s .光是一种人类眼睛可以见到的电磁波。
在科学的定义上，光有时候是指所有的电磁波谱。
光是由一种称为光子的基本粒子组成。
具有粒子性和波动性，或称为波粒二象性。
光遇到水面、玻璃等其他许多物体的表面都会发生反射，光线从一种介质斜射入另一种介质时，方向发生偏折，这种现象叫做光的折射。
本专业为光电技术，所以选用了旋转液体这一实验进行研究。
旋转的液体有许多独特的物理特征,比如盛有液体的圆柱形容器绕其圆柱面的对称轴匀速转动时,旋转液体的表面将成为抛物面.由于旋转液体的表面是一个非常理想的抛物面，同时旋转液体能很好地反射光线，故而能起反射镜的作用，从而测重力加速度。
旋转液体物理特性的测量
旋转液体物理特性的测量1．背景及应用早在力学创建之初,就有牛顿的水桶实验,牛顿发现,当水桶中的水旋转时,水会沿着桶壁上升。
旋转的液体有一些独特的物理特征。
如盛有液体的圆柱形容器绕其圆柱面的对称轴匀速转动时,旋转液体的表面将成为抛物面；通过旋转液体，可以分离不同比重的液体等等。
根据旋转液体的这些特性，产生了一系列的应用。
如目前广泛应用的分离机等。
图1给出了一种液体镜头，它在一个大容器里旋转水银。
由于旋转液体的表面是一个理想的抛物面，同时水银能很好地反射光线，所以能起反射镜的作用。
通常这样一个光滑的曲面，完全可以代替需要大量复杂工艺并且价格昂贵的玻璃镜头，从而可以有效地降低大型望远镜的制造成本。
2. 实验原理盛有液体的圆柱形容器绕其圆柱面的对称轴匀速转动时,旋转液体的表面将成为抛物面。
抛物面的参数与重力加速度和旋转角速度有关，利用此性质可以测重力加速度；旋转液体的上凹面可作为光学系统加以研究,还可测定液体折射率等。
1）旋转液体表面公式牛顿发现,当圆柱体中的水旋转时,水会沿着圆柱体壁上升。
定量计算时，选取随圆柱形容器旋转的参考系，这是一个转动的非惯性参考系。
液体相对于参考系静止，任选一小块液体P ，其受力如图2。
i F 为沿径向向外的惯性离心力，mg 为重力，N 为这一小块液体周围液体对它的作用力的合力，由对称性可知，N 必然垂直于液体表面。
在Y X 坐标下),(y x P 则有：图1 大型望远镜的液体镜片图2 实验原理图0cos =-mg N θ 0sin =-i F N θ x m F i 2ω=gxx y 2d d tan ωθ==根据图2有： 0222y x gy +=ω （1）ω为旋转角速度，0y 为 0=x 处的y 值。
此为抛物线方程，可见液面为旋转抛物面。
2）用旋转液体测量重力加速度原理在实验系统中，一个盛有液体半径为R 的圆柱形容器绕该圆柱体的对称轴以角速度ω匀速稳定转动时，液体的表面形成抛物面，如图3。
旋转液体实验报告_数据
一、实验目的1. 了解旋转液体在旋转过程中产生的物理现象；2. 掌握测量旋转液体表面形状、离心力、重力加速度等参数的方法；3. 分析旋转液体在不同转速下的物理特性。
二、实验原理旋转液体实验是基于牛顿第二定律和牛顿万有引力定律。
当液体在旋转容器中旋转时，液体受到离心力和重力的作用，形成特殊的物理现象。
根据牛顿第二定律，离心力与液体的质量、旋转半径和角速度有关；根据牛顿万有引力定律，重力与液体的质量、地球质量、旋转半径和重力加速度有关。
三、实验仪器与设备1. 旋转液体实验装置：包括旋转容器、旋转电机、测速仪、激光测距仪等；2. 数据采集系统：包括计算机、数据采集卡、软件等；3. 其他：秒表、天平、刻度尺等。
四、实验步骤1. 将旋转液体实验装置安装好，确保旋转容器、旋转电机、测速仪、激光测距仪等设备正常运行；2. 在旋转容器中倒入适量的液体，调整液面高度，确保液体表面平坦；3. 打开旋转电机，缓慢增加转速，观察液体表面形状、涡流等现象；4. 利用激光测距仪测量液体表面形状，记录数据；5. 利用测速仪测量旋转液体的角速度；6. 利用天平测量液体的质量；7. 记录实验数据，包括转速、角速度、液体表面形状、离心力、重力加速度等。
五、实验数据1. 实验过程中，液体表面形状呈现抛物线状，随着转速的增加，抛物线越来越陡峭；2. 实验测得旋转液体的角速度与转速成正比；3. 实验测得离心力与液体质量、旋转半径和角速度的平方成正比；4. 实验测得重力加速度与液体质量、地球质量、旋转半径的平方成反比。
六、实验结果与分析1. 旋转液体表面形状：实验结果显示，随着转速的增加，液体表面形状逐渐变为抛物线状，符合牛顿第二定律；2. 离心力：实验结果显示，离心力与液体质量、旋转半径和角速度的平方成正比，符合牛顿第二定律；3. 重力加速度：实验结果显示，重力加速度与液体质量、地球质量、旋转半径的平方成反比，符合牛顿万有引力定律。
七、实验结论1. 旋转液体实验验证了牛顿第二定律和牛顿万有引力定律的正确性；2. 通过旋转液体实验，可以测量液体表面形状、离心力、重力加速度等参数；3. 旋转液体实验为研究旋转液体在旋转过程中的物理现象提供了实验依据。
旋转液体
[实验目的] 研究旋转液体表面形状,并由此求出重力加速度； 将旋转液体看作光学成像系统，探求焦距与转速的关系。 [实验仪器] 甘油， 旋转液体物理特性测量仪，气泡式水平仪，直尺。 [实验原理] 当一个盛有液体的圆柱形容器绕其圆柱面的对称轴以角速度 ω 匀速转动时 ( ω < ω max , ω max 为液面的最低处与容器底部接触时的角速度)，液体的表面将成为抛物面, 抛物面方程为： y = y 0 +
ω2
由于液体的体积不变，则
π R 2 h0 = ∫ y (2πxdx ) = 2π ∫ y0 +
R R 0 0
ω 2 x2
xdx 2g
(2)
y0= h0 − 由方程（1） ， （2）可得
ω 2R2
4gx0Biblioteka =R 2(3)由（3）式可知液面在 x0 处的高度是恒定的。 将激光垂直照射 x=x0 处液面， 在屏上读出反射光点与入射光点的距离 x ′ 。 入射角为 θ ， 反射角为 θ，入射光线与反射光线的夹角为 2θ， 则
lg(H − h0 ) 与 lg ω 作最小二乘法直线拟合，求出 m 的值。
[注意事项] 1. 不要直视激光束,也不要直视经准镜面反射后的激光束. 2. 实验过程中,将在屏幕上观察到几个光斑,它们分别对应于空气、液体、屏幕和 杯子之间的折射和反射而形成的不同光路， 注意确保测量对象是实验所要求的 光束。 3. 必须逐渐地改变转动角速度， 并在测量前等待足够长的时间以确保液体处于平 衡态。
3
tan(2θ ) =
x′ 。 (H − h0 )
[实验内容] 1． 利用气泡式水平仪将屏幕、转盘调至水平位置。 2． 测出 h0 , H , D ( = 2 R ) 3． 逐渐改变转动角速度，待液体处于平衡态时，将激光垂直照射 x=x0 处液面，在屏 上读出反射光点与入射光点的距离 x ′ 。
旋转液体综合实验
旋转液体综合实验浙江大学物理实验教学中心2005-11旋转液体综合实验在力学创建之初，牛顿的水桶实验就发现，当水桶中的水旋转时，水会沿着桶壁上升。
旋转的液体其表面形状为一个抛物面，可利用这点测量重力加速度；旋转液体的抛物面也是一个很好的光学元件。
美国的物理学家乌德创造了液体镜面，他在一个大容器里旋转水银，得到一个理想的抛物面，由于水银能很好地反射光线，所以能起反射镜的作用。
随着现代技术的发展液体镜头正在向一“大”一“小”两极发展。
大，可以作为大型天文望远镜的镜头； 反射式液体镜头已经在大型望远镜中得到了应用，代替传统望远镜中使用的玻璃反射境。
当盛满液体（通常采用水银）的容器旋转时，向心力会产生一个光滑的用于望远镜的反射凹面。
通常这样一个光滑的曲面，完全可以代替需要大量复杂工艺并且价格昂贵的玻璃镜头，而哈勃空间望远镜的失败也让我们了解了玻璃镜头何等脆弱。
小，则可以作为拍照手机的变焦镜头。
美国加利福尼亚大学的科学家发明了液体镜头，它通过改变厚度仅为8mm 的两种不同的液体交接处月牙形表面的形状，实现焦距的变化。
这种液体镜头相对于传统的变焦系统而言，兼顾了紧凑的结构和低成本两方面的优势。
旋转液体的综合实验可利用抛物面的参数与重力加速度关系，测量重力加速度，另外，液面凹面镜成像与转速的关系也可研究凹面镜焦距的变化情况。
还可通过旋转液体研究牛顿流体力学，分析流层之间的运动，测量液体的粘滞系数。
【实验原理】一、 旋转液体抛物面公式推导定量计算时，选取随圆柱形容器旋转的参考系，这是一个转动的非惯性参考系。
液相对于参考系静止，任选一小块液体P ，其受力如图1。
Fi 为沿径向向外的惯性离心力，mg 为重力，N 为这一小块液体周围液体对它的作用力的合力，由对称性可知，N 必然垂直于液体表面。
在X-Y 坐标下P(x,y) 则有：cos 0N mg θ-=sin 0i N F θ-=图1 原理图2i F m x ω=2tan dy xdx gωθ==根据图1有： 0222y x gy +=ω （1）为旋转角速度，0y 为0=x 处的y 值。
旋转液体综合实验实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除旋转液体综合实验实验报告篇一：旋转液体综合实验旋转液体综合实验浙江大学物理实验教学中心20XX-11旋转液体综合实验在力学创建之初，牛顿的水桶实验就发现，当水桶中的水旋转时，水会沿着桶壁上升。
旋转的液体其表面形状为一个抛物面，可利用这点测量重力加速度；旋转液体的抛物面也是一个很好的光学元件。
美国的物理学家乌德创造了液体镜面，他在一个大容器里旋转水银，得到一个理想的抛物面，由于水银能很好地反射光线，所以能起反射镜的作用。
随着现代技术的发展液体镜头正在向一“大”一“小”两极发展。
大，可以作为大型天文望远镜的镜头；反射式液体镜头已经在大型望远镜中得到了应用，代替传统望远镜中使用的玻璃反射境。
当盛满液体（通常采用水银）的容器旋转时，向心力会产生一个光滑的用于望远镜的反射凹面。
通常这样一个光滑的曲面，完全可以代替需要大量复杂工艺并且价格昂贵的玻璃镜头，而哈勃空间望远镜的失败也让我们了解了玻璃镜头何等脆弱。
小，则可以作为拍照手机的变焦镜头。
美国加利福尼亚大学的科学家发明了液体镜头，它通过改变厚度仅为8mm的两种不同的液体交接处月牙形表面的形状，实现焦距的变化。
这种液体镜头相对于传统的变焦系统而言，兼顾了紧凑的结构和低成本两方面的优势。
旋转液体的综合实验可利用抛物面的参数与重力加速度关系，测量重力加速度，另外，液面凹面镜成像与转速的关系也可研究凹面镜焦距的变化情况。
还可通过旋转液体研究牛顿流体力学，分析流层之间的运动，测量液体的粘滞系数。
【实验原理】一、旋转液体抛物面公式推导定量计算时，选取随圆柱形容器旋转的参考系，这是一个转动的非惯性参考系。
液相对于参考系静止，任选一小块液体p，其受力如图1。
Fi为沿径向向外的惯性离心力，mg为重力，n为这一小块液体周围液体对它的作用力的合力，由对称性可知，n必然垂直于液体表面。
在x-Y坐标下p(x,y)则有：图1原理图ncos??mg?0nsin??Fi?0Fi?m?x2tan??dydx??xg2根据图1有：y??22x?y0（1）2g为旋转角速度，y0为x?0处的y值。
液体粘度的测量
液体粘度的测量粘度是流体的重要物理特性。
粘度测量与石油、化工等工业技术的关系密切，生物、医学等领域也常用到粘度测量。
[实验目的]1．了解旋转法、落球法和毛细管法测液体粘度的原理； 2．比较不同的粘度测量方法； 3．了解温度与液体粘度的关系。
[实验任务]1. 用旋转法测量蓖麻油在室温下至60℃范围内的粘度变化，绘出粘温曲线并与公式比较。
2. 分别用旋转法、落球法测量室温下蓖麻油的粘度并对两种方法的测量值进行分析比较。
3. 用蒸馏水作为标准液（已知粘度）标定未知乌式毛细管粘度计。
4. 用标定的乌式毛细管粘度计测量未知液体的粘度。
5. 用测定的蓖麻油标定芬式毛细管粘度计。
[实验原理]粘度分为动力粘度和运动粘度，一般将动力粘度简称为粘度。
流体流动时流层间存在着速度差和运动逐层传递。
当相邻流层间存在速度差时，快速流层力图加快慢速流层，而慢速流层则力图减慢快速流层。
这种相互作用随着流层间速度差的增加而加剧。
流体所具有的这种特性称为粘性，流层间的这种相互作用力称为内摩擦力或粘性(滞)力。
(动力)粘度η是用来表示流体粘性程度的物理量，被定义为v x =0的稳定层流中剪切应力xz τ与剪切速率d d v zx之比值 τηxz xv z=d d 动力粘度的单位是帕[斯卡]秒, 记作Pa s ⋅ ，()1Pa s =1N /m s 1kg m s 211⋅⋅=⋅⋅-- . 实际工作中常常直接测量运动粘度ν，其定义为(动力)粘度η与流体密度ρ之比νηρ=运动粘度的单位是二次方米每秒，m s 2，(GB3102。
3)，具体工作中也用 mm s 2。
[实验方法]测定η的方法有下列几种：1. 旋转法：在两同轴圆筒间充以待测液体，当简匀速转动时，可由测定内筒所受的粘滞力矩求得η； 2. 落球法：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，它的大小与落球速度有关。
大学物理旋转液体
g 标=9.797/(m/s2)
E
g g标 g标
100% =
2. 计算重力加速度 1 h0/cm H/cm T/s d/cm 2 3 4 5 6 平均值
tan 2
tanθ T-2/(1/s2)
d H h0
/()
2 2 D g 2 T tan /(m/s2)
最终成绩：
【预习要点】 1. 阅读教材？~？页相关内容(如果为实验讲义, 则阅读 x~y 页)。 2. 怎样推导旋转液体稳定状态下液面的方程？。 3.
x0 R
2 处有什么特性？
4. 怎样才能确定液体稳定转动的状态？。 【实验目的】 1. 掌握匀速旋转液体的上表面的特征； 2. 利用旋转液体的最大高度差法测量重力加速度； 3. 利用激光束平行转轴入射测斜率法测量重力加速度。 【实验原理】 1. 请写出旋转液体稳定运动时液面抛物线的方程。
2. 请分析旋转液体中高度不变点的作用。
【实验仪器】
1/4
【实验题目】
如何研究旋转液体问题
班级
姓名
学号
【实验内容】
【注意事项】
【实验原始数据】 1. 高度差测重力加速度 1 D/cm T/s Δ h/cm 警示：严禁抄袭，雷同卷均判零分。 2/4 2 3 4 5 6
【实验题目】
如何研究旋转液体问题
班级
姓名
学号
2.
激光束平行转轴入射测斜率法求重力加速度 1 2 3 4 5 6
h0/cm H/cm T/s d/cm
【实验数据处理】 1. 计算重力加速度（要求：先代入数据，再得结果。注意：单位，有效数字） 1 D/cm T/s Δ h/cm 2 3 4 5 6 平均值
粘度的测定方法
粘度的测定方法粘度的测定方法是指在一定温度下测定液体的黏滞特性的过程。
粘度是衡量物质内部抗拔强度的物理量，也可以被理解为流体阻力的大小。
粘度的测定方法很多，下面我们来介绍常见的几种方法。
一、绕线粘度计法绕线粘度计法是一种常用的粘度测定方法，适用于粘度在0.1~10^6mPa·s范围内的液体。
它通过在绕线粘度计中旋转一个悬挂在细绳上的球体，从而获得液体在球体表面产生的摩擦阻力大小以及粘度的大小。
绕线粘度计的优点是测定速度快，数据准确可靠，但是其缺点是只适用于一定范围的液体。
旋转粘度计法也被称为机械式粘度计法，是一种适用于高黏度液体测定的方法。
它通过旋转旋转杆来测量液体的黏滞特性。
液体从杆上流过时会产生阻力，这个阻力会反映在测定装置上。
测定装置的指针随着旋转杆的旋转而移动，从而读取液体的粘度数值。
滴定粘度计法是一种简单但不太精确的测量方法。
液体从滴液管中滴落，滴落过程中会受到液体内分子间的摩擦阻力，从而导致滴落速度变慢。
通过测量液体滴下来一定量的时间和滴下的数量，可以计算出液体的粘度值。
但是这种方法并不适用于粘度值高的液体。
四、管道式粘度计法管道式粘度计法是一种直接测量流体黏度的方法，在工业上被广泛应用。
这种测量方法通常使用安装在管道内部的粘度计测量单元。
液体流经管道中的粘度计测量单元时，粘度计的测量系统通过微小变化的压差差异来测量液体的粘度。
由于该方法适用于流量较大的情况，因此可用于大型工业应用中。
五、旋转流粘度计法旋转流粘度计法适用于粘度值在0.5~10000mPa·s范围内的液体测定，也就是中等粘度液体。
该方法利用旋转圆柱法测量液体的黏滞特性，通过圆柱在管内旋转时液体涡流的形态来计算液体的粘度大小。
该方法适用范围广，数据准确可靠。
旋转液体综合实验
旋转液体综合实验浙江大学物理实验教学中心2005-11旋转液体综合实验在力学创建之初，牛顿的水桶实验就发现，当水桶中的水旋转时，水会沿着桶壁上升。
旋转的液体其表面形状为一个抛物面，可利用这点测量重力加速度；旋转液体的抛物面也是一个很好的光学元件。
美国的物理学家乌德创造了液体镜面，他在一个大容器里旋转水银，得到一个理想的抛物面，由于水银能很好地反射光线，所以能起反射镜的作用。
随着现代技术的发展液体镜头正在向一“大”一“小”两极发展。
大，可以作为大型天文望远镜的镜头；反射式液体镜头已经在大型望远镜中得到了应用，代替传统望远镜中使用的玻璃反射境。
当盛满液体（通常采用水银）的容器旋转时，向心力会产生一个光滑的用于望远镜的反射凹面。
通常这样一个光滑的曲面，完全可以代替需要大量复杂工艺并且价格昂贵的玻璃镜头，而哈勃空间望远镜的失败也让我们了解了玻璃镜头何等脆弱。
小，则可以作为拍照手机的变焦镜头。
美国加利福尼亚大学的科学家发明了液体镜头，它通过改变厚度仅为8mm的两种不同的液体交接处月牙形表面的形状，实现焦距的变化。
这种液体镜头相对于传统的变焦系统而言，兼顾了紧凑的结构和低成本两方面的优势。
旋转液体的综合实验可利用抛物面的参数与重力加速度关系，测量重力加速度，另外，液面凹面镜成像与转速的关系也可研究凹面镜焦距的变化情况。
还可通过旋转液体研究牛顿流体力学，分析流层之间的运动，测量液体的粘滞系数。
【实验原理】一、旋转液体抛物面公式推导定量计算时，选取随圆柱形容器旋转的参考系，这是一个转动的非惯性参考系。
液相对于参考系静止，任选一小块液体P，其受力如图1。
Fi为沿径向向外的惯性离心力，mg为重力，N为这一小块液体周围液体对它的作用力的合力，由对称性可知，N必然垂直于液体表面。
在X-Y坐标下P(x,y)则有：图1 原理图cos 0N mg θ-= sin 0i N F θ-=2i F m x ω=2tan dy xdx gωθ==根据图1有： 0222y x gy +=ω （1）为旋转角速度，0y 为0=x 处的y 值。
旋转液体
104
4.64 3.08
95
4.48 3.22
82
4.38 3.43
最低处 (cm)
g D n /7200 h
2 2 2
g（m/s2） 9.09 8.20 7.68 8.01 8.27 8.17
g g 8.24m / s 2
二、斜率法测量重力加速度 实验原理： 激光束平行转轴入射，经过BC水平透明 屏幕，打在 x R 2的液面A点上。当液体旋 转起来后，A处切线与x方向的夹角为θ，得：
tanθ g （m/s2） 0.17 8.08 0.23 8.66 0.28 8.87 0.35 9.10
g
0.43 9.12
2R
2 tan
0.50 9.29
g g 8.85m / s
2
验证抛物面焦距与转速的关系
实验原理： Ncosθ-mg=0 Nsinθ-Fi=0 Fi=mw2x 解得： y=w2x2/2g+y0 抛物面的焦距：f=g/2w2
实验总结及改进 1.数据处理方面
在验证抛物面焦距与转速实验中，记录焦点位置时， 有以下两种方法： 1)f=H-h+s
（其中 H：刻度尺下沿高度；h：液面最低处高度；
s：红色亮点至刻度尺下沿的距离） 2)f=H-h-s （其中 H：刻度尺上沿高度；h：液面最低处 高 度 s：红色亮点至刻度尺上沿的距离）
2.液体的选择 常见液体粘滞系数参考值： 葡萄糖浆的粘滞系数 25 C 水的粘滞系数 25 C 0C 乙醇的粘滞系数 0C 甲醇的粘滞系数 10 C 蓖麻油的粘滞系数
-4 Pa.s） （ h 8.0110 3 h 1.7810 （ Pa.s) h 0.817103( Pa.s) h=2.42( Pa.s)
旋转液体综合实验
旋转液体综合实验在力学创建之初，牛顿的水桶实验就发现，当水桶中的水旋转时，水会沿着桶壁上升。
旋转的液体其表面形状为一个抛物面，可利用这点测量重力加速度；旋转液体的抛物面也是一个很好的光学元件。
美国的物理学家乌德创造了液体镜面，他在一个大容器里旋转水银，得到一个理想的抛物面，由于水银能很好地反射光线，所以能起反射镜的作用。
随着现代技术的发展液体镜头正在向一“大”一“小”两极发展。
大，可以作为大型天文望远镜的镜头；反射式液体镜头已经在大型望远镜中得到了应用，代替传统望远镜中使用的玻璃反射境。
当盛满液体（通常采用水银）的容器旋转时，向心力会产生一个光滑的用于望远镜的反射凹面。
通常这样一个光滑的曲面，完全可以代替需要大量复杂工艺并且价格昂贵的玻璃镜头，而哈勃空间望远镜的失败也让我们了解了玻璃镜头何等脆弱。
小，则可以作为拍照手机的变焦镜头。
美国加利福尼亚大学的科学家发明了液体镜头，它通过改变厚度仅为8mm的两种不同的液体交接处月牙形表面的形状，实现焦距的变化。
这种液体镜头相对于传统的变焦系统而言，兼顾了紧凑的结构和低成本两方面的优势。
旋转液体的综合实验可利用抛物面的参数与重力加速度关系，测量重力加速度，另外，液面凹面镜成像与转速的关系也可研究凹面镜焦距的变化情况。
还可通过旋转液体研究牛顿流体力学，分析流层之间的运动，测量液体的粘滞系数。
【实验原理】一、旋转液体抛物面公式推导定量计算时，选取随圆柱形容器旋转的参考系，这是一个转动的非惯性参考系。
液相对于参考系静止，任选一小块液体P，其受力如图1。
Fi为沿径向向外的惯性离心力，mg 为重力，N为这一小块液体周围液体对它的作用力的合力，由对称性可知，N必然垂直于液体表面。
在X-Y坐标下P(x,y) 则有：图1 原理图根据图1有：（1）为旋转角速度，为处的值。
此为抛物线方程，可见液面为旋转抛物面。
二、用旋转液体测量重力加速度g在实验系统中，一个盛有液体半径为的圆柱形容器绕该圆柱体的对称轴以角速度匀速稳定转动时，液体的表面形成抛物面，如图2。
大学物理实验(哈尔滨工程大学)智慧树知到答案章节测试2023年
第一章测试1.液体的表面张力总是力图缩小液体的表面积。
A:错B:对答案:B2.刚体的转动惯量与刚体的密度无关。
A:错B:对答案:A3.相位差公式中的负号代表受迫振动的运动状态是滞后于强迫力的。
A:对B:错答案:A4.使用逐差法处理数据的主要优点是充分利用所测的数据，减小系统误差。
A:对B:错答案:B5.杨氏模量是描述固体材料：（）。
A:产生形变能力的物理量B:热胀冷缩能力的物理量C:抵抗形变能力的物理量D:其他都不对答案:C6.阻尼系数和复摆共振时的振幅之间的关系是（）。
A:阻尼系数越大，共振时的振幅就越大B:共振时的振幅与阻尼系数的大小无关C:阻尼系数越大，共振时的振幅就越小D:共振时的振幅随阻尼系数的增大先增大后减小答案:C7.扭摆法测量时，待测物体偏转角度θ（）。
A:120°B:150°C:60°D:180°答案:C8.若液体润湿固体，则固、液间的接触角θ：（）。
A:θ>90°B:θ=90°C:θ=180°D:θ<90°答案:D9.拉脱法测液体表面张力系数的实验中，实验误差的来源主要有：（）。
A:吊环不够水平B:吊环上沾附有杂质C:力敏传感器定标时示数不稳定以及人为选取读数D:提升吊环的过程中不可能做到匀速直线运动答案:ABCD10.对于一定温度下金属丝的杨氏模量，下列说法正确的是：（）。
A:与材料的大小有关B:与材料的大小和形状无关C:是材料的固有属性D:与材料的形状有关答案:BC第二章测试1.对于过渡金属氧化物，电阻率随温度变化主要依赖于载流子浓度，而迁移率随温度的变化相对来说可以忽略。
A:错B:对答案:A2.热效率实验仪可以作为热机或热泵使用。
A:对B:错答案:A3.理想气体的比热容比值一定比1大。
A:错B:对答案:B4.对于电桥的原理、分类及应用，下列叙述错误的是（）。
A:根据电桥工作时是否平衡来区分，可将电桥分为平衡电桥与非平衡电桥两种B:平衡电桥一般用于测量具有动态变化特性的物理量C:非平衡电桥往往和一些传感器元件配合使用D:电桥的基本原理是通过桥式电路来测量电阻，从而得到引起电阻变化的其它物理量，如温度、压力、形变等答案:B5.关于比较器输入电压、之间的关系，下列说法错误的是（）。
旋转法测量液体的粘滞系数分析
钱学娇 20121102831 12级物理学汉班
一、实验目的
• 1通过转子在液体中受到阻力作用来测量液体的粘 滞系数 • 2.掌握用旋转法测粘滞系数的原理和方法 • 3.了解NDJ-1旋转式粘度计的构造及原理
二、仪器简介及安装
• • • 仪器安装： 1.从包装箱中取出存放箱、支架和支柱等。 2.将支柱选入支架后部之螺孔中，并将支柱上的齿形面 面向支架正前方，用扳头将六角螺母拧紧，防止支柱转 动。 3.转动升降夹头的旋钮，检查升降夹头的灵活性和自锁 性，发现过松或过紧现象可用内六角螺钉扳头调正夹头 调整夹头紧松螺钉，使能上下升降，偏紧为宜，以防装 上粘度计后产生自动坠落情况。 4.打开存放箱，取出转子架，取出粘度计，并取下套在 粘度计上泡沫盖，把粘度计装在升降夹头上，用手柄固 定螺钉拧紧，接上电源，拿下指针控制杆上的橡皮筋， 旋松仪器下端之黄色螺钉，取下黄色包装套圈。 5.调节水平调正螺钉，保持仪器水平。
P件可按下列步骤操 作：
a. 将0号转子装在连接螺杆上（向左旋转装 上）。 b. 将固定套筒套入仪器底部圆筒上，并 用套筒固定螺钉拧紧。 c. 将外试筒（有底）内注入2025ml被测液 体。 d. 将外试筒套入固定套筒并用试筒固定螺钉 予以拧紧，旋紧时必须注意试筒固定螺钉之锥 端旋入外试筒上端之三角形槽内（可在侧面的 圆孔中观察试筒三角槽是否位于圆孔中心）。 控制好被测液体温度后即可进行测试。
10
12．不得随意拆动调整、仪器零件，不要自行 加注润滑油。 13． 仪器搬动和运输时应用橡皮筋将指针控制 杆圈住，并套入黄色包装套圈托起连接螺杆， 然后用螺钉拧紧。 14．悬浊液、乳浊液、高聚物及其它高粘度液 体中，很多都是“非牛顿 液体”，其表观粘 度随切变速度和时间变化而变化，故在不同 的转子、转速和时间下测定，其结果不一致 属正常情况，并非仪器不准（一般非牛顿液 体的测定应规定转子、转速和时间）。
实验07 旋转液体的物理特性研究
姓名 实验目的：
大学物理实验预习报告
实验班号
实验号
实验七 旋转液体的物理特性研究
实验原理及仪器介绍：
1. 请详细说明为什么液面在 x0 处的高度是恒定的，为液体静止时的高度 h0？
2. 在测量重力加速度 g 时，为什么激光束必须打在点 x = x0 = R / 2 的液面处？ 3. 在数据处理中，由 tan ~ 2 图求得图中直线斜率 K 后，如何求出重力加速度 g？
3
1
4. 推导出重力加速度 g 的不确定度的关系式。
实验内容：
1. 在测量旋转液体在某一定角速度 下的焦距时，应如何选择入射点？
2. 在实验操作中，如何保证屏幕处于水平位置？
3. 简要总结用最小二乘法处理数据的方法。
2： 2. 列出数据记录表格：
教师签字： 月日
什么是粘度？如何度量？
什么是粘度？如何度量？一、粘度的概念和定义粘度是液体内部阻碍其流动的特性之一。
具体来说，粘度是指液体在外力作用下，内部分子之间相互摩擦阻碍其自由流动的程度。
粘度能够反映液体内部分子间相互作用的强弱程度，是评价液体流动性质的重要物理量之一。
二、粘度的度量方法1. 流动法：流动法是最常用的一种方法。
基于这种方法，可以通过测量液体在重力或外力作用下通过体积的时间来求解粘度。
2. 球体落体法：这种方法在流体力学中广泛应用。
通常使用球体在粘度液体中自由下落的时间来计算粘度。
3. 旋转粘度计法：该方法通过旋转的方式测量液体的粘度。
将样液加载在旋转的螺旋状圆柱体内，通过测量扭矩和角速度的关系来计算粘度。
三、粘度的影响因素1. 温度：温度是影响粘度的关键因素之一。
一般情况下，温度升高会导致液体粘度的下降，因为温度升高会使分子的平均动能增加，分子活动性增强，摩擦减小，从而导致粘度减小。
2. 溶质浓度：溶质浓度是指溶液中溶解物质的含量。
增加溶质浓度会导致液体粘度的增加，因为溶质的溶解会干扰液体分子之间的相互作用，从而增加了分子间的摩擦。
3. 外力作用：外力作用是指施加在液体上的外部力，如重力、机械应力等。
外力作用越大，粘度也会随之增加。
四、粘度的应用1. 工业领域中，粘度是评估液体输送和流动性能的重要指标。
它被广泛用于石油、化工、食品等行业。
2. 医学领域中，粘度被用作血液和其他生物液体黏度的评价指标。
它对于疾病的诊断和治疗具有重要意义。
3. 材料学中，粘度则用作评估涂料、塑料、胶水等材料的流动性能和适用性。
总结起来，粘度作为评估液体流动性质的重要物理量，具有广泛的应用价值。
通过流动法、球体落体法、旋转粘度计法等方法，可以对粘度进行度量。
粘度受到温度、溶质浓度以及外力作用等因素的影响，它的变化对不同领域具有重要的意义。
无论是在工业、医学还是材料学领域，粘度都扮演着重要的角色，并且对应用研究和技术发展起到了不可或缺的作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
旋转液体物理特性的测量1．背景及应用早在力学创建之初,就有牛顿的水桶实验,牛顿发现,当水桶中的水旋转时,水会沿着桶壁上升。
旋转的液体有一些独特的物理特征。
如盛有液体的圆柱形容器绕其圆柱面的对称轴匀速转动时,旋转液体的表面将成为抛物面；通过旋转液体，可以分离不同比重的液体等等。
根据旋转液体的这些特性，产生了一系列的应用。
如目前广泛应用的分离机等。
图1给出了一种液体镜头，它在一个大容器里旋转水银。
由于旋转液体的表面是一个理想的抛物面，同时水银能很好地反射光线，所以能起反射镜的作用。
通常这样一个光滑的曲面，完全可以代替需要大量复杂工艺并且价格昂贵的玻璃镜头，从而可以有效地降低大型望远镜的制造成本。
2. 实验原理盛有液体的圆柱形容器绕其圆柱面的对称轴匀速转动时,旋转液体的表面将成为抛物面。
抛物面的参数与重力加速度和旋转角速度有关，利用此性质可以测重力加速度；旋转液体的上凹面可作为光学系统加以研究,还可测定液体折射率等。
1）旋转液体表面公式牛顿发现,当圆柱体中的水旋转时,水会沿着圆柱体壁上升。
定量计算时，选取随圆柱形容器旋转的参考系，这是一个转动的非惯性参考系。
液体相对于参考系静止，任选一小块液体P ，其受力如图2。
i F 为沿径向向外的惯性离心力，mg 为重力，N 为这一小块液体周围液体对它的作用力的合力，由对称性可知，N 必然垂直于液体表面。
在Y X 坐标下),(y x P 则有：图1 大型望远镜的液体镜片图2 实验原理图0cos =-mg N θ 0sin =-i F N θ x m F i 2ω=gxx y 2d d tan ωθ==根据图2有： 0222y x gy +=ω （1）ω为旋转角速度，0y 为 0=x 处的y 值。
此为抛物线方程，可见液面为旋转抛物面。
2）用旋转液体测量重力加速度原理在实验系统中，一个盛有液体半径为R 的圆柱形容器绕该圆柱体的对称轴以角速度ω匀速稳定转动时，液体的表面形成抛物面，如图3。
设液体未旋转时液面高度为h ，液体的体积为：h R V 2π= （2）因液体旋转前后体积保持不变，旋转时液体体积可表示为：x x y gx dx x y V Rd )2(π2)π2(0220+==⎰⎰ω （3）由（2）、（3）式得：gR h y 4220ω-= （4）联立（1）、（4）可得，当2/0R x x ==时，h x y =)(0，即液面在0x 处的高度是恒定值。
（1）用旋转液体液面最高与最低处的高度差测量重力加速度如图2所示，设旋转液面最高与最低处的高度差为h ∆，点（h y R ∆+0,）在（1）式的抛物线上，有02202y gR h y +=∆+ω，得：hR g ∆=222ω 又60π2n=ω ，则hn D g ∆⨯=7200π222 （5）式中D 为圆筒直径，n 为旋转速度（转/分）。
（2）斜率法测重力加速度如图3所示，激光束平行转轴入射，经过BC 透明屏幕，打在20Rx =的液面A点上，反射光点为C ，A 处切线与x 方向的夹角为θ，则θ2=∠BAC ，测出透明屏幕至圆桶底部的距离H 、液面静止时高度h ，以及两光点BC 间距离d ，则hH d-=θ2tan ，求出θ值。
因为 gx x y 2d d tan ωθ== ，在20R x =处有gR⨯=2tan 2ωθ因为60π2n=ω，则 gDn gRn gR n ⨯=⨯=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=23600π223600π4260 π2tan 22222θθtan 23600π22⨯=D g (6)或可作2~tan n θ 曲线，求斜率k ，可得gDk ⨯=23600π22，求出k D g ⨯=23600π223）抛物面焦距与转速的关系旋转液体表面形成的抛物面可看作一个凹面镜，符合光学成像系统的规律，若光线平行于曲面对称轴入射，反射光将全部会聚于抛物面的焦点。
根据抛物线方程（1），抛物面的焦距22ωg f =(7)可以看到，不同的转速的抛物面的焦距是不同的。
图3 实验示意图3．实验目的了解旋转液体测量重力加速度的基本原理，通过实验学习用旋转液体最高处与最低处高度差测量重力加速度和激光束平行转轴入射测斜率法求重力加速度的方法，并测量转速和液面形状及液面光学特性的关系。
4．实验仪器FB805型旋转液体综合实验仪 仪器配备了半导体激光器、霍尔传感器结合单片机测量转动周期等技术。
可用于测重加速度；测量焦距与液体折射率；研究测量转速和液面形状及液面光学特性的关系等。
实验仪器如图4所示。
1．激光器2. 毫米刻度水平屏幕3. 水平标线4. 水平仪5. 激光器电源插孔6. 调速开关7. 速度显示窗8. 圆柱形实验容器9. 水平量角器10．毫米刻度垂直屏幕 11. 张丝悬挂圆柱体12. 实验容器内径2/R 刻线 （见底盘色点）（可自行标注）5．实验内容与操作要点1）调整旋转液体综合实验仪仪器调整调整旋转液体综合实验仪仪器底座旋钮，观察水平仪，调整仪器的水平。
利用自准直法，调整激光器方向和位置，使其垂直指向实验容器内径2/R 刻线。
2）高度差法测量重力加速度改变圆桶转速n （转/分）6次，待液面稳定后，测量液面最高与最低处的高度。
用旋转液体液面最高与最低处的高度差测量重力加速度g图4 实验仪器3）斜率法测重力加速度将透明屏幕（1）置于圆桶上方，用自准直法调整激光束平行转轴入射，经过透明屏幕，对准桶底20Rx =处的记号，测出透明屏幕至圆筒底部的距离H 、液面静止时高度h 。
改变圆桶转速n （转/分）6次，待液面稳定后，在透明屏幕上读出入射光与反射光点BC 间距离d ，根据公式hH d-=θ2tan ，求出θtan 值。
4）验证抛物面焦距与转速的关系将毫米刻度垂直屏幕过转轴放入实验容器中央，激光束平行转轴入射至液面，后聚焦在屏幕上，可改变入射位置观察聚焦情况。
改变圆桶转速n （转/分）6次，记录聚焦点及液面最低点位置。
5）研究旋转液体表面成像规律（选做）给激光器装上有箭头状光阑的帽盖，使其光束略有发散且在屏幕上成箭头状像。
光束平行光轴在偏离光轴处射向旋转液体，经液面反射后，在水平屏幕上也留下了箭头。
固定转速，上下移动屏幕的位置，观察像箭头的方向及大小变化。
6.数据记录及处理屏幕高度cm =H ,液面高度cm =h表1 高度差法测量重力加速度数据记录表格表2斜率法测重力加速度数据记录表格tan)cm/s ( 2g7.分析与思考如何对实验用的旋转液体综合实验仪改进，来实现液体折射率的测量。
8．附录 液体镜头液体镜头可以按照不同方式进行分类，如有使用一种液体的，也有使用发射率不同的完全不能融合的两种液体的。
目前，液体镜头按照实现方式的不同可以分成传导型和反射型两类。
反射式液体镜头在大型望远镜中得到了应用。
2000年以前，天文望远镜的造价都高达数千万美元，个人几乎是不可能拥有的，只能共享。
天文学家何其多也，而天文望远镜何其少也。
2000年后，只用100多万美元，科学家就造成了一个巨大的天文望远镜。
成本降低的关键是测量次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 转速n （转/分）聚焦点位置（cm ）液面最低点位置（cm ）表3 验证抛物面焦距与转速关系数据记录表格图5 液体镜头图6 传统镜头的剖面图首次采用了液体镜头，而不是传统采用的磨光金属、坚硬的玻璃和大型的镜面。
反射望远镜上的反射镜，最好是抛物面的，也就是液体在旋转的容器里形成的那种表面的形状。
制造望远镜的人要付出大量辛勤的劳动才能使反射镜有这样的表面。
打磨望远镜用的反射镜的工作常常要延续好几年。
美国的物理学家乌德为了解决这个困难，创造了液体镜面：他在一个大容器里旋转水银，得到一个理想的抛物面，由于水银能很好地反射光线，所以能起反射镜的作用。
反射式液体镜头已经在大型望远镜中得到了应用，代替传统望远镜中使用的玻璃反射境。
当盛满液体（通常采用水银）的容器旋转时，向心力会产生一个光滑的用于望远镜的反射凹面。
通常这样一个光滑的曲面，完全可以代替需要大量复杂工艺并且价格昂贵的玻璃镜头，而哈勃空间望远镜的失败也让我们了解了玻璃镜头何等脆弱。
反射型液体镜头绝对不会存在易碎这样的问题，通过改变液体容器的旋转速度，可以形成曲率不同的发射曲面。
英国Columbia 大学(UBC) 的科学家已经研制了一架直径236英寸（6米）液体发射境面望远镜(LMT）。
作为全球第13大的望远镜，其反射曲面是由一个盛满水银的容器以5RPM的速度旋转形成的。
而这架望远镜的造价仅为100万美元左右，而用传统技术建造同样大小的一架望远镜约需1亿美元。
现在，随着拍照手机等的流行，人们对微型变焦镜头的需求持续膨胀，让原本在2000年就已经在天文望远镜中成功实现的液体镜头受到人们的密切关注。
目前人们着重于传导型液体镜头的研究。
传导型液体镜头使用两种不能融合的液体，每一种液体拥有不同的折射率，生成一种与传统的高质量的光学镜头一样的可变聚焦镜头，而镜头大小却可以减少到10mm（图5）。
两种液体，其中一种是导电的水性溶液，另一种是不导电的油。
这两种液体被装在一个加有弹簧装置的很小的管子里，管子的内部和弹簧装置涂上防水材料，通过弹簧装置加压和调整在管子两端的直流电电压，在管子的一端形成相当与玻璃镜头的月牙型的曲面，曲面的曲率就是液体镜头的焦距。
根据相关测试，每次的变焦过程所消耗的能量仅为0.1 微焦耳(mJ)，而变焦所用的时间从最极端的凸面到凹面也仅需几毫秒。
另外，两种液体的边界非常光滑和规整，使得液体镜头可用于诸如医学上用的内窥镜成像系统，也可以应用在空间狭小的其他领域，如显微镜照相机。
而传统的变焦镜头是通过调整两个固定焦距的镜头之间的距离来实现变焦（图6）。
而液体镜头则通过改变液体的压力来调整焦距。
这样设备可以在一个很小的固定距离范围内实现变焦系统。
根据加利福尼亚大学的科学家的试验，这种液体镜头非常容易批量生产，而且成本将大幅度下降。
传导型液体镜头已经走出实验室。
法国的Varioptic公司在2004年年底发布了一项用于手机的采用了电子技术的液体镜头专利。
使用这种镜头的手机，只要在镜头中加入几滴油或者水，就可以让镜头实现自动变焦，并且准确地把焦点放在需要拍照的物体上。
该液体镜头的变焦速度非常快，即使从最极端的凸面到凹面也仅需几毫秒的时间。
韩国、德国、日本等国家也液体镜头方面进行了研究，并公布了量产计划。