落球法測定液體粘度實驗的分析

李麗杰

（滄州師范學院物理與電子信息系 河北滄州 061001）

落球法測定液體粘度實驗的分析

李麗杰

（滄州師范學院物理與電子信息系 河北滄州 061001）

通過對落球法測定液體粘度實驗的定性分析，給出了影響誤差的各個物理量，并指出每個量實驗測量時的測量方法及注意事項，以達到提高測量精確度的目的。

小球 液體粘度 不確定度

液體粘度的測定在生活中有重大的意義：市政建筑、水利、航空、航海、化學工程中流體在管道中輸送時的能量損耗、機器中潤滑油的選擇、造船工業中研究機船在流體中的受力情況、化學上測定高分子物質的分子量、醫學上分析血液的粘稠度等，都需要測定其粘度。我們大學物理實驗室中是用落球法測定液體粘度的。

一、落球法測定液體粘度實驗的原理

圖（2）

本實驗的裝置如圖（2），如果容器內徑D=2R0和液體深度h不能看作無限廣延，則式（1-1）應修正為零級近似

式中需要測量的量為小球的直徑d，容器的內徑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的時間為小球在液體中作勻速運動時的速度）和液體的密度p（p0和g由實驗室給出）。

二、不確定度的計算

三、對影響不確定度各量的分析

1.溫度對液體粘滯系數的影響非常大，該實驗應在遠離陽光照射的屋內進行，一方面保證液體溫度恒定，還可減少液體內氣泡的產生，實驗時液體內必須無氣泡并且液體要靜止。實驗中也不能用手握持圓筒，以免引起溫升。在一組小球測量液體粘度的實驗中，要用溫度計測量第一個小球下落之前的液體溫度，當最后一個小球落下后還要測量一次液體的溫度，取其兩次平均值作為液體粘滯系數測量時的溫度。

2.玻璃圓筒要豎直，球也必須在筒的中心下落。因為這個實驗是假設裝液體的容器直徑無限廣延的條件下進行的，當小球靠近筒壁時，筒的邊界就會對小球有力的作用，原來的假設就不成立，對測量結果的影響是使小球下落變慢，增大了粘滯系數的數值。另一方面，實際上我們的實驗是在有限大的液體中進行，要盡量減小誤差，就應當使小球受到四周給它的力對稱，使小球的合外力為零，故應在中心下落。

3.對于小球，應盡量選用規則并且直徑盡量小的鋼球。小球質量的測量盡量采用精度較高的物理天平，測量多個小球的質量，求平均的方法作為一個小球的質量，并且測5—10次。對于小球直徑的測量要選用千分尺或讀數顯微鏡，每一個小球的直徑都要測5—10次，求平均值，盡量提高測量的精確度。因為在一定的液體中，小球下落的收尾速率與小球的質量和小球的最大橫截面積有關。即

4.v收尾的測量:v收尾的測量決定于小球勻速運動的距離l（N1N3）和時間t的測量，在實驗可能的條件下，盡量增大l的數值是很重要的，它即能增大本身的測量精度，又能提高時間t的測量精確度。那在實驗中如何確定N1、N3、的位置呢？

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

最后需要強調的是在觀測小球過N1、N3的位置時，觀測者的視線一定要與豎直圓筒相垂直。實驗者如果能夠按照本文所列的注意事項做實驗的話，就會大大提高粘度系數的精確度。

鄭伯瑋 大學物理實驗 高等教育出版社 1988

梅立坤 落球法測定液體粘滯系數技術物理教學 2012、12

溫建平 變速落球法測液體黏度的研究大學物理2014、3

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