落球法測(cè)定液體粘度實(shí)驗(yàn)的分析

李麗杰

（滄州師范學(xué)院物理與電子信息系 河北滄州 061001）

落球法測(cè)定液體粘度實(shí)驗(yàn)的分析

李麗杰

（滄州師范學(xué)院物理與電子信息系 河北滄州 061001）

通過對(duì)落球法測(cè)定液體粘度實(shí)驗(yàn)的定性分析，給出了影響誤差的各個(gè)物理量，并指出每個(gè)量實(shí)驗(yàn)測(cè)量時(shí)的測(cè)量方法及注意事項(xiàng)，以達(dá)到提高測(cè)量精確度的目的。

小球 液體粘度 不確定度

液體粘度的測(cè)定在生活中有重大的意義：市政建筑、水利、航空、航海、化學(xué)工程中流體在管道中輸送時(shí)的能量損耗、機(jī)器中潤(rùn)滑油的選擇、造船工業(yè)中研究機(jī)船在流體中的受力情況、化學(xué)上測(cè)定高分子物質(zhì)的分子量、醫(yī)學(xué)上分析血液的粘稠度等，都需要測(cè)定其粘度。我們大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室中是用落球法測(cè)定液體粘度的。

一、落球法測(cè)定液體粘度實(shí)驗(yàn)的原理

圖（2）

本實(shí)驗(yàn)的裝置如圖（2），如果容器內(nèi)徑D=2R0和液體深度h不能看作無限廣延，則式（1-1）應(yīng)修正為零級(jí)近似

式中需要測(cè)量的量為小球的直徑d，容器的內(nèi)徑D，液體的高度h，小球在筒中央勻速落下的范圍l(N1N2+N2N3)和通過N1N3的時(shí)間為小球在液體中作勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度）和液體的密度p（p0和g由實(shí)驗(yàn)室給出）。

二、不確定度的計(jì)算

三、對(duì)影響不確定度各量的分析

1.溫度對(duì)液體粘滯系數(shù)的影響非常大，該實(shí)驗(yàn)應(yīng)在遠(yuǎn)離陽光照射的屋內(nèi)進(jìn)行，一方面保證液體溫度恒定，還可減少液體內(nèi)氣泡的產(chǎn)生，實(shí)驗(yàn)時(shí)液體內(nèi)必須無氣泡并且液體要靜止。實(shí)驗(yàn)中也不能用手握持圓筒，以免引起溫升。在一組小球測(cè)量液體粘度的實(shí)驗(yàn)中，要用溫度計(jì)測(cè)量第一個(gè)小球下落之前的液體溫度，當(dāng)最后一個(gè)小球落下后還要測(cè)量一次液體的溫度，取其兩次平均值作為液體粘滯系數(shù)測(cè)量時(shí)的溫度。

2.玻璃圓筒要豎直，球也必須在筒的中心下落。因?yàn)檫@個(gè)實(shí)驗(yàn)是假設(shè)裝液體的容器直徑無限廣延的條件下進(jìn)行的，當(dāng)小球靠近筒壁時(shí)，筒的邊界就會(huì)對(duì)小球有力的作用，原來的假設(shè)就不成立，對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響是使小球下落變慢，增大了粘滯系數(shù)的數(shù)值。另一方面，實(shí)際上我們的實(shí)驗(yàn)是在有限大的液體中進(jìn)行，要盡量減小誤差，就應(yīng)當(dāng)使小球受到四周給它的力對(duì)稱，使小球的合外力為零，故應(yīng)在中心下落。

3.對(duì)于小球，應(yīng)盡量選用規(guī)則并且直徑盡量小的鋼球。小球質(zhì)量的測(cè)量盡量采用精度較高的物理天平，測(cè)量多個(gè)小球的質(zhì)量，求平均的方法作為一個(gè)小球的質(zhì)量，并且測(cè)5—10次。對(duì)于小球直徑的測(cè)量要選用千分尺或讀數(shù)顯微鏡，每一個(gè)小球的直徑都要測(cè)5—10次，求平均值，盡量提高測(cè)量的精確度。因?yàn)樵谝欢ǖ囊后w中，小球下落的收尾速率與小球的質(zhì)量和小球的最大橫截面積有關(guān)。即

4.v收尾的測(cè)量:v收尾的測(cè)量決定于小球勻速運(yùn)動(dòng)的距離l（N1N3）和時(shí)間t的測(cè)量，在實(shí)驗(yàn)可能的條件下，盡量增大l的數(shù)值是很重要的，它即能增大本身的測(cè)量精度，又能提高時(shí)間t的測(cè)量精確度。那在實(shí)驗(yàn)中如何確定N1、N3、的位置呢？

5.對(duì)于液體的高度和圓筒直徑的測(cè)量也要盡量采用較精密的儀器，對(duì)D和h作多次測(cè)量求平均值的方法來提高測(cè)量的精確度。

最后需要強(qiáng)調(diào)的是在觀測(cè)小球過N1、N3的位置時(shí)，觀測(cè)者的視線一定要與豎直圓筒相垂直。實(shí)驗(yàn)者如果能夠按照本文所列的注意事項(xiàng)做實(shí)驗(yàn)的話，就會(huì)大大提高粘度系數(shù)的精確度。

鄭伯瑋 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 高等教育出版社 1988

梅立坤 落球法測(cè)定液體粘滯系數(shù)技術(shù)物理教學(xué) 2012、12

溫建平 變速落球法測(cè)液體黏度的研究大學(xué)物理2014、3

李麗杰，女，河北滄州人，1969年5月出生，滄州師范學(xué)院物理與電子信息系副教授，研究方向，物理學(xué)。