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《用落球法測(cè)定液體粘度系數(shù)》教案

 

《用落球法測(cè)定液體粘度系數(shù)》教案
 
實(shí)驗(yàn)方式:講解與演示相結(jié)合(50-60分鐘),學(xué)生實(shí)驗(yàn)(150-180分鐘)
 
實(shí)驗(yàn)要求:
1.   觀察液體的內(nèi)摩擦現(xiàn)象;
2.   學(xué)會(huì)用落球法測(cè)液體的粘度系數(shù);
3.   掌握基本測(cè)量?jī)x器(游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器、米尺、秒表等)的用法。
 
實(shí)驗(yàn)儀器:ND-1型液體粘度系數(shù)測(cè)定儀、游標(biāo)卡尺、螺旋測(cè)微器、米尺、秒表、水銀溫度計(jì)、密度計(jì)、鑷子、小鋼球等。
 
講解及演示主要內(nèi)容:
1、實(shí)驗(yàn)原理(10分鐘)
金屬小球在粘性液體中下落時(shí),它受到三個(gè)鉛直方向的力;小球的重力(m為小球質(zhì)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(yùn)動(dòng)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(shí),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(gè)力達(dá)到平衡,即于是,小球作勻速直線運(yùn)動(dòng),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(shí)間。                                                      
實(shí)驗(yàn)時(shí),待測(cè)液體必須盛于圓筒中,故不能滿足無限深廣的條件,實(shí)驗(yàn)證明,若小球沿筒的中心軸線下降,式(2)須作如下改動(dòng)方能符合實(shí)際情況:其中D為圓筒內(nèi)徑。
2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟(20分鐘)
1)調(diào)整底盤水平。
2)用螺旋測(cè)微器測(cè)小鋼球的直徑,在5個(gè)不同方向上測(cè),取其平均值。共測(cè)6個(gè)小球,記錄測(cè)量的結(jié)果,編號(hào)待用。
3) 用游標(biāo)卡尺從不同位置分別測(cè)量6只玻璃圓筒內(nèi)徑D各5次。
4)用米尺測(cè)出與的間距。
5)用溫度計(jì)測(cè)量油溫,在全部小球下落完后再測(cè)量一次油溫,取平均值作為實(shí)際油溫。
6)用鑷子夾起小鋼球,先將小球在待測(cè)油中浸一下,使其表面完全被所測(cè)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(shí)間t。
3、操作中的注意事項(xiàng)   (操作規(guī)范要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào))
1)實(shí)驗(yàn)時(shí),油中應(yīng)無氣泡。
2) 因?yàn)橛偷恼扯入S溫度改變會(huì)發(fā)生顯著變化,因此,實(shí)驗(yàn)中不要用手捧摸圓筒,以盡力保證實(shí)驗(yàn)中油溫恒定。每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí),應(yīng)隨時(shí)記錄油的溫度。
3)小球放入時(shí)應(yīng)輕而穩(wěn),不要使小球上附著氣泡,并且小球應(yīng)沿各圓筒的中心軸線下落。
4)測(cè)量時(shí)間時(shí),眼睛應(yīng)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(jié)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(cè)出的η值作比較,并與同溫度下η值的標(biāo)準(zhǔn)值相對(duì)照,分析、討論誤差。
5、思考題:
A. 如何判斷小球在作勻速運(yùn)動(dòng)?
B. 在特定的液體中,當(dāng)小球的半徑減小時(shí),它的收尾速度如何變化?當(dāng)小球的密度增大時(shí),又將如何變化?選擇不同密度和不同半徑的小球做實(shí)驗(yàn)時(shí),對(duì)結(jié)果的影響如何?
C.  造成誤差的主要因素是什么,如何改進(jìn)?

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