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《用落球法測定液體粘度系數(shù)》教案
實驗方式:講解與演示相結合(50-60分鐘),學生實驗(150-180分鐘)
實驗要求:
1. 觀察液體的內摩擦現(xiàn)象;
2. 學會用落球法測液體的粘度系數(shù);
3. 掌握基本測量儀器(游標卡尺、螺旋測微器、米尺、秒表等)的用法。
實驗儀器:ND-1型液體粘度系數(shù)測定儀、游標卡尺、螺旋測微器、米尺、秒表、水銀溫度計、密度計、鑷子、小鋼球等。
講解及演示主要內容:
1、實驗原理(10分鐘)
金屬小球在粘性液體中下落時,它受到三個鉛直方向的力;小球的重力(m為小球質量)、液體作用小球的浮力(V是小球體積,ρ是液體密度)和粘滯阻力F(其方向與小球運動方向相反)。如果液體無限深廣,在小球下落速度較小情況下,有上式稱為斯托克斯公式,其中r是小球的半徑;稱為液體的粘度,其單位是Pa·s。
小球開始下落時,由于速度尚小,所以阻力也不大;但隨著下落速度的增大,阻力也隨之增大。*后,三個力達到平衡,即于是,小球作勻速直線運動,由上式可得:
令小球的直徑為d,并用代入上式得:其中為小球材料的密度,為小球勻速下落的距離,t為小球下落距離所用的時間。
實驗時,待測液體必須盛于圓筒中,故不能滿足無限深廣的條件,實驗證明,若小球沿筒的中心軸線下降,式(2)須作如下改動方能符合實際情況:其中D為圓筒內徑。
2、實驗內容和步驟(20分鐘)
1)調整底盤水平。
2)用螺旋測微器測小鋼球的直徑,在5個不同方向上測,取其平均值。共測6個小球,記錄測量的結果,編號待用。
3) 用游標卡尺從不同位置分別測量6只玻璃圓筒內徑D各5次。
4)用米尺測出與的間距。
5)用溫度計測量油溫,在全部小球下落完后再測量一次油溫,取平均值作為實際油溫。
6)用鑷子夾起小鋼球,先將小球在待測油中浸一下,使其表面完全被所測油浸潤,然后釋放小球,使其沿圓筒的中心軸線下落。用秒表記錄小球通過、
所用的時間t。
3、操作中的注意事項 (操作規(guī)范要重點強調)
1)實驗時,油中應無氣泡。
2) 因為油的粘度隨溫度改變會發(fā)生顯著變化,因此,實驗中不要用手捧摸圓筒,以盡力保證實驗中油溫恒定。每次實驗結束時,應隨時記錄油的溫度。
3)小球放入時應輕而穩(wěn),不要使小球上附著氣泡,并且小球應沿各圓筒的中心軸線下落。
4)測量時間時,眼睛應與小球處于水平位置。
4、數(shù)據(jù)處理
1)數(shù)據(jù)表
3)不確定度分析:
結果表示:
4)作(d/D)-t曲線,在圖上求出t軸截距t0,代入公式(2)。
5)將代入公式(2)和公式(3)測出的η值作比較,并與同溫度下η值的標準值相對照,分析、討論誤差。
5、思考題:
A. 如何判斷小球在作勻速運動?
B. 在特定的液體中,當小球的半徑減小時,它的收尾速度如何變化?當小球的密度增大時,又將如何變化?選擇不同密度和不同半徑的小球做實驗時,對結果的影響如何?
C. 造成誤差的主要因素是什么,如何改進?