测量液体黏度实验报告.docx

液体黏度的测量物理学系一、 引言黏滞性是指液体、气体和等离子体内部阻碍其相对流动的一种特性如果在流动的流体中平行于流动方向将流体分成流速不同的各层，则在任何相邻两层的接触面上就有与面平行而与相对流动方向相反的阻力或曳力存在液体的黏度在医学、生产、生活实践中都有非常重要的意义例如，许多心血管疾病都与血液的黏度有关；石油在封闭的管道中输送时，其输运特性与黏滞性密切相关本实验旨在学会使用毛细管和落球法测定液体黏度的原理并了解分别适用范围，掌握温度计、密度计、电子秒表、螺旋测微器、游标卡尺的使用，并学会进行两种测量方法的误差分析二、 实验原理（一） 落球法当金属小圆球在黏性液体中下落时，它受到 3 个力，重力 mg、浮力 和粘𝜌𝑔𝑉滞阻力如果液体无限深广，在下落速度 v 较小下，粘滞阻力 F 有斯托克斯公式F=6 (1)𝜋𝜂𝑟𝑣r 是小球的半径； 称为液体的黏度，其单位是 Pa·s.小球刚进入时重力大于浮力𝜂和粘滞阻力之和，运动一段时间后，速度增大，达到三个力平衡，即mg= +6 (2)𝜌𝑔𝑉𝜋𝜂𝑟𝑣于是小球作匀速直线运动，由(2)式，并用 代入上式，并因为3,2ldmdvrt待测液体不能满足无限深广的条件，为满足实际条件而进行修正得(3)-g118(2.4)(.6)tdlDH（ ）其中 为小球材料的密度，d 为小球直径，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，D 为容器内径，H 为液柱高度。

二） 毛细管法若细圆管半径为 r，长度为 L，细管两端的压强差为 ，液体黏度为 ，则其P流量 Q 可以由泊肃叶定律表示： (4)LPrQ84由泊肃叶定律，再加上当毛细管沿竖直位置放置时， 应考虑液体本身的重力作用因此，可以写出 （5）tLgPrV8)(4本实验所用的毛细管黏度计如图 1 所示，实验时将一定量的液体注入右管，用吸球将液体吸至左管保持黏度计竖直，然后让液体经毛细管流回右管设左管液面在 C处时，右管中液面在 D 处，两液面高度差为 H，CA 间高度差为 h1，BD 间高度差为 h2因为液面在 CA 及 BD 两部分中下降及上升的极其缓慢（管泡半径远大于毛细管半径） ，液体内摩檫损耗极小，故可近似作为理想液体，且流速近似为零设毛细管内液体的流速为 v，由伯努利方程可推得（6）tLgHrV84由于实际情况下不易测量，本实验采用比较测量法，即使用同一支毛细管黏度计，测两种不同液体流过毛细管的时间测量时取相同的体积密度分别为 和 的两种液12体，分别测出两种液体的液面从 C 降到 A（体积为 V）所需的时间 t1和 t2，由于r、V、L 都是定值，因此可得下式和 1tV 2tV（7）（7）中的两式相比可得122t（8）式中 和 分别为两种不同液体的黏度，若已知 、 和 ，只要测出 t1和 t2就可求12 12出第二种液体的黏度。

这种方法就叫做比较测量法图 1 毛细管黏度计三、 实验装置及过程（一） 实验装置1. 落球法：落球法黏度测量仪 1 套（包括铁架台，盛有蓖麻油的长试管和铅垂线） ；千分尺、游标卡尺各 1 把，电子秒表 1 只（型号 12003-1A） ，玻璃皿 1个；1m 钢尺，盛有蓖麻油的量筒 1 个（内悬温度计、密度计各 1 根） 2. 毛细管法：奥氏黏度计；分析纯无水乙醇、蒸馏水；密度计、温度计、秒表；烧杯、移液管、洗耳球；（二） 实验过程落球法：调节玻璃圆筒铅直调整标志线位置，用钢尺测量并记录位置，此实验中选了三条投下第 1 颗小钢珠前记录室温，测完最后 1 颗小钢珠的下落时间后再记录油温，两者求平均；分别测量 5 颗小钢珠的直径和匀速运动部分的下落时间毛细管法：用移液管将 5.00ml 的蒸馏水注入黏度计右管中，然后将蒸馏水吸至左管且使液面高于 C 刻痕以上记下液面自 C 降到 A 所用时间 t1，并重复五次取t1的平均值；将水倒出并用酒精洗涤黏度计，用移液管将 5.00ml 的酒精注入黏度计右管中，重复上述步骤，测出酒精液面自 C 降到 A 所用的时间 t2，重复测 5 次；实验过程中要观察温度的变化和记录温度 T。

用密度计测量水的密度，并分别从附表中查得酒精的密度和水的黏度四、 实验结果及分析（一） 落球法：千分尺零点：-0.039mm，游标卡尺零点 0.00cm，T 1=26.5℃，A 点高度 50.00cm，B 点高度 40.00cm，C 点高度 10.00cm1. 预实验表 1：小球直径 0.979mm 时经过 ABC 三点的时刻位置 /cm A B C时刻/分秒 0 分 0 秒 0 分 22 秒 96 1 分 31 秒 85时间 t/s 0 22.96 91.85表 2：小球直径 1.481mm 时经过 ABC 三点的时刻位置/cm A B C时刻/ 分秒 0 分 0 秒 0 分 9 秒 30 0 分 37 秒 41时间 t/s 0 9.30 37.41表 3：小球直径 0.982mm 时经过 ABC 三点的时刻位置 /cm A B C时刻/分秒 0 分 0 秒 0 分 22 秒 95 1 分 31 秒 06时间 t/s 0 22.95 91.06分析：（1）第一组时观察小球下落发现并没完全调整铅直，于是进行调整，由第一组和第三组数据可以看出，第三组是调整后的，时间比第一组小，符合推理 （2）选择小球大小：由实验原理中的公式，得到匀速运动时的速度v 的表达式为 ，则 ，即 。

由第二第三2()()69gVgrvr2vr21tr组可以看出，直径越大下落越快，实验观察符合推理则为了减小时间的相对误差，一方面将 l 取值大些，取为 30.00cm另一方面，选择使 t 长一些，即 v 小一些，那么就要选相对小的球于是在接下来均选择直径在 1.01 到1.02mm 的小球进行试验2. T2=25.2℃ ， ， ，3=*/kgm（ 7.901） 3=0.958/gcm，油柱高度 H=56.39cm29.4/gms表 4：各小球直径及在 BC 段运动时间记录表序号 直径记录/mm 直径真实值/mm tB/分秒 tC/分秒 /stV1 0.989 1.028 023619366.772 0.975 1.014 7068.023 0.969 1.008 84768.394 0.974 1.013 0231967.135 0.979 1.018 60267.66平均 0.977 1.016 67.59表 5：圆筒内径测量记录表序数 1 2 3 4 5 平均圆筒内径/mm 26.00 26.10 25.70 26.10 25.82 25.943. 数据处理：把数据代入公式(3)，则332(7.9058)109.74(1.06)7.59==0.781.06.06(124)()59539Pas不确定度的计算： 3 23()./,().1/,()0.1/ukgmusukgm，5231().504iiAdm2.4()3Bd，22 6()().891ABudud521)()0.94itut s，其中分度 1mm，取 ，不确定度限值 0.015mm122 4()7.10Blll12因为 D，H 对不确定度影响极小，所以计算时忽略掉：22222 42()()()()[4]9.150().03uudgultuPas ，于是 ()0.783)Pas误差分析：（1）实验中放小球要先浸入油中再释放以保证初速度为零，若释放时与油面有距离，可能引起湍流。

（2）秒表使用由于人的反应时间差异，可能引入很大误差 （3）其他因素已在不确定度计算中得以体现 （建议：若使用电子设备，如光电门等装置记录时间和位置的话会提高很大精度）（二） 毛细管法： 室温初温 25.0℃，液体体积 5.00ml，水的密度 0.962g/cm3，室温末温 22.8℃，酒精温度 21.0℃，水温度 20.8℃表 6：毛细管法测量液体黏度时间记录表蒸馏水 酒精序数t1/分秒 t1/s t2/分秒 t2/s1 2888.12 1485134.852 0688.06 134.883 7487.84 29135.194 1987.69 154135.415 2888.89 7135.47平均值 88.12 135.16数据处理： 2 3H0210.8().91O Pas，25 31.76/Ckgm2525 145HOCtPas21 25311 2()0.().5/,()0.7,()0.194iHOB tugcmut suts  22 621(()()[].HOtut Pas于是有 3().450.)1s误差分析：（1）酒精与水体积不一致，可能由以下几个原因造成：酒精挥发；洗涤后黏度计中液体并未全部流出；在移液管中残留量不同。

（2）实验进行时正值秋天，而且时间是下午四点左右，温度下降很快，所以实验进行过程当中温度有变化 （3 ）实验中密度计测出水的密度为 0.962g/cm3，与 1 差别很大（4）其他因素在不确定度计算中有体现五、 实验结论通过实验了解了黏度的物理意义，并用落球法和毛细管的比较测量法进行了测量，落球法测量得在 25.2℃油的黏度 毛细管法测量了 21.0℃下()0.783)uPas酒精黏度 这两种测量方法的使用条件：落球法适3()1.2450.1uPas用于黏度较大的液体，而毛细管法适用于黏度较小的液体实验中熟悉了长度，时间，密度等物理量的测量，并进行了不确定度分析六、 参考文献1.沈元华、陆申龙主编，基础物理实验，北京：高等教育出版社，2003 年 12 月，119-121 页。