《用落球法测定液体粘度系数》教案

《用落球法测定液体粘度系数》教案
 
实验方式：讲解与演示相结合（50-60分钟），学生实验（150-180分钟）
 
实验要求：
1．   观察液体的内摩擦现象；
2．   学会用落球法测液体的粘度系数；
3．   掌握基本测量仪器（游标卡尺、螺旋测微器、米尺、秒表等）的用法。
 
实验仪器：ND-1型液体粘度系数测定仪、游标卡尺、螺旋测微器、米尺、秒表、水银温度计、密度计、镊子、小钢球等。
 
讲解及演示主要内容：
1、实验原理（10分钟）
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(m为小球质量)、液体作用小球的浮力(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，在小球下落速度较小情况下，有上式称为斯托克斯公式，其中r是小球的半径；称为液体的粘度，其单位是Pa·s。
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。*后，三个力达到平衡，即于是，小球作匀速直线运动，由上式可得：
令小球的直径为d，并用代入上式得：其中为小球材料的密度，为小球匀速下落的距离，t为小球下落距离所用的时间。                                                      
实验时，待测液体必须盛于圆筒中，故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)须作如下改动方能符合实际情况：其中D为圆筒内径。
2、实验内容和步骤（20分钟）
1)调整底盘水平。
2)用螺旋测微器测小钢球的直径，在5个不同方向上测，取其平均值。共测6个小球，记录测量的结果，编号待用。
3) 用游标卡尺从不同位置分别测量6只玻璃圆筒内径D各5次。
4）用米尺测出与的间距。
5）用温度计测量油温，在全部小球下落完后再测量一次油温，取平均值作为实际油温。
6）用镊子夹起小钢球，先将小球在待测油中浸一下，使其表面完全被所测油浸润，然后释放小球，使其沿圆筒的中心轴线下落。用秒表记录小球通过、所用的时间t。
3、操作中的注意事项   (操作规范要重点强调)
1）实验时，油中应无气泡。
2） 因为油的粘度随温度改变会发生显著变化，因此，实验中不要用手捧摸圆筒，以尽力保证实验中油温恒定。每次实验结束时，应随时记录油的温度。
3）小球放入时应轻而稳，不要使小球上附着气泡，并且小球应沿各圆筒的中心轴线下落。
4）测量时间时，眼睛应与小球处于水平位置。
4、数据处理
1）数据表
3）不确定度分析：
结果表示：
4）作（d/D）-t曲线，在图上求出t轴截距t₀，代入公式（2）。
5）将代入公式（2）和公式（3）测出的η值作比较，并与同温度下η值的标准值相对照，分析、讨论误差。
5、思考题：
A. 如何判断小球在作匀速运动?
B. 在特定的液体中，当小球的半径减小时，它的收尾速度如何变化？当小球的密度增大时，又将如何变化？选择不同密度和不同半径的小球做实验时，对结果的影响如何？
C.  造成误差的主要因素是什么，如何改进？