落球法測定液體的粘滯系數實驗設計及探究

朱天榮

摘 要 傳統方法測定液體粘滯系數，許多人為因素始終不可避免，如人工計時、主觀判斷量筒中軸線等，造成測量精度低，靈敏度差，落球測量時間重復性差等缺點。而采用落球法粘滯系數測定儀用現代半導體激光技術計時方法測定小球下落時間，克服了上述不足，不僅保留了傳統的實驗內容和技能，增強了實驗的直觀性、興趣性，也擴大了學生的知識面，提高了實驗教學水平。

關鍵詞 落球法；液體；粘滯系數；實驗；研究

中圖分類號 R4 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）164-0166-02

液體粘滯系數又稱內摩擦系數，是反映液體流動行為的特征量，其數值大小與液體的性質有關，也與溫度有關。人體血液中有大量紅細胞等顆粒存在，所以血液是一種粘性較大的流體，血液粘性大小直接影響人體內血液循環質量，血液粘度的變化還會引起許多心血管疾病的發生，臨床上常用測量血粘度的大小來判斷人體血液健康程度，同時也是疾病診斷的重要標志之一。因此，學會準確測定液體粘滯系數也是醫學生必須掌握的實踐技能。本實驗是運用粘滯系數測定儀、激光光電計時儀、電子天平等儀器，利用斯托克斯定律，實驗室測量適時溫度下蓖麻油的粘滯系數。本實驗設計不僅保留了經典的實驗內容和技能，提高了測量的精準度，又擴大了學生的知識面，增強了學生動手能力，發射可見激光和光敏管組成的光電門，實驗直觀性好，興趣性高，即有利于學生了解現代光電傳感器的測量技術，又提高了實驗教學水平。

1 實驗目的

1）掌握用落球法測定液體粘滯系數的原理和方法；2）學會使用電子天平，并會稱量固體、液體密度；3）用落球法實驗儀測定液體實時溫度下的粘滯系數。

2 實驗器材

落球法粘滯系數測定儀，激光光電計時儀，電子天平，砝碼，2mm小鋼球，蓖麻油，米尺，千分尺，電子秒表，電子溫度計等。

3 實驗原理

6）正確連接好測定儀，懸掛重錘于橫梁中央，調節底盤使重錘對準底盤中心；

7）打開電源調節上下兩個激光發射器盒子，使激光束平行地對準錘線，并兼顧量筒放置方便；

8）收回重錘，將盛滿蓖麻油的量筒旋轉到實驗架底盤中央，并在實驗中保持位置不變；

9）調節上下兩個激光接收器盒子，使接收器盒子上和激光光電計時儀上的指示燈不亮；

10）在橫梁上安裝導管，使其沒入蓖麻油1mm～2mm左右，務請適當增減蓖麻油；

11）將測量過的小鋼球用純酒精清洗干凈，用濾紙吸干待用；

12）打開粘滯系數測定儀，將未測量小鋼球用鑷子夾住輕輕放入導管，看其下落時是否能阻擋光線，看激光計時儀是否計時，若不能則適當調整激光器位置，反復調整直到小鋼球下落能阻擋激光線，激光計時儀開始計時；

13）用電子溫度計測量蓖麻油溫度1 T；

14）用鑷子將清洗過的小鋼球夾住放入導管讓其下落，同時人工用電子秒表計時；

15）重復第15步測量6次，讀出激光計時器及電子秒表記錄的下落時間；

6 注意事項

1）鉛錘線要調至對準底盤中心，確保小球沿中心軸下落；2）上部激光盒要與量筒口留有一定的距離，盡量使小球下落的收尾速度為勻速運動；3）接收器上的發光管熄滅時，激光發射器與接收器對準；4）激光盒安裝要兼顧量筒放置方便，導管要浸入液體中1mm～2mm左右；5）操作要小心、謹慎，防止導線纏繞或碰撞導致量筒滑落；6）連續測量時，放入小球的時間間隔稍長一些，但不能過長。

7 思考題

1）小球下落過程中，如何判斷其做勻速運動？取同樣2個小球，讓其從距液面不同高度處下落，記錄兩次經過量筒中既定測量區域時，如果時間相等，則可判斷小球在此區域下落為勻速運動。

2）實驗中要求鋼珠沿圓筒中心線下落，為什么？是保證讓小球下落過程中受到液體各個方向上的粘滯力均衡，不致小球在下落過程中有旋轉。

3）如果用表面粗糙的金屬小球對實驗結果會有影響嗎？剛性且光滑的小球是斯托克斯定律成立的前提條件，所以當小球表面粗糙時對實驗結果有影響。

4）用激光光電開關測量小球下落時間的方法測量液體粘滯系數有何優點？人工計時，觀測者對小球下落經過刻線時位置判斷不準確，造成計時不準，測量時間精度低，誤差大；同時人工計時測量時間重復性差。

5）連續測量時，投放小球的時間間隔長短對實驗是否有影響？如果連續測量會因為時間間隔太短，而造成以前由于小球下落時攪動的液體還未到靜止狀態，液體的湍流會對小球的運動過程產生很大影響；時間過長，周圍環境溫度會有變化，導致液體溫度可能已經發生較大變化，造成實驗測量值誤差較大。

參考文獻

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