落球法测定液体粘度实验的分析

李丽杰

（沧州师范学院物理与电子信息系 河北沧州 061001）

落球法测定液体粘度实验的分析

李丽杰

（沧州师范学院物理与电子信息系 河北沧州 061001）

通过对落球法测定液体粘度实验的定性分析，给出了影响误差的各个物理量，并指出每个量实验测量时的测量方法及注意事项，以达到提高测量精确度的目的。

小球 液体粘度 不确定度

液体粘度的测定在生活中有重大的意义：市政建筑、水利、航空、航海、化学工程中流体在管道中输送时的能量损耗、机器中润滑油的选择、造船工业中研究机船在流体中的受力情况、化学上测定高分子物质的分子量、医学上分析血液的粘稠度等，都需要测定其粘度。我们大学物理实验室中是用落球法测定液体粘度的。

一、落球法测定液体粘度实验的原理

图（2）

本实验的装置如图（2），如果容器内径D=2R0和液体深度h不能看作无限广延，则式（1-1）应修正为零级近似

式中需要测量的量为小球的直径d，容器的内径D，液体的高度h，小球在筒中央匀速落下的范围l(N1N2+N2N3)和通过N1N3的时间为小球在液体中作匀速运动时的速度）和液体的密度p（p0和g由实验室给出）。

二、不确定度的计算

三、对影响不确定度各量的分析

1.温度对液体粘滞系数的影响非常大，该实验应在远离阳光照射的屋内进行，一方面保证液体温度恒定，还可减少液体内气泡的产生，实验时液体内必须无气泡并且液体要静止。实验中也不能用手握持圆筒，以免引起温升。在一组小球测量液体粘度的实验中，要用温度计测量第一个小球下落之前的液体温度，当最后一个小球落下后还要测量一次液体的温度，取其两次平均值作为液体粘滞系数测量时的温度。

2.玻璃圆筒要竖直，球也必须在筒的中心下落。因为这个实验是假设装液体的容器直径无限广延的条件下进行的，当小球靠近筒壁时，筒的边界就会对小球有力的作用，原来的假设就不成立，对测量结果的影响是使小球下落变慢，增大了粘滞系数的数值。另一方面，实际上我们的实验是在有限大的液体中进行，要尽量减小误差，就应当使小球受到四周给它的力对称，使小球的合外力为零，故应在中心下落。

3.对于小球，应尽量选用规则并且直径尽量小的钢球。小球质量的测量尽量采用精度较高的物理天平，测量多个小球的质量，求平均的方法作为一个小球的质量，并且测5—10次。对于小球直径的测量要选用千分尺或读数显微镜，每一个小球的直径都要测5—10次，求平均值，尽量提高测量的精确度。因为在一定的液体中，小球下落的收尾速率与小球的质量和小球的最大横截面积有关。即

4.v收尾的测量:v收尾的测量决定于小球匀速运动的距离l（N1N3）和时间t的测量，在实验可能的条件下，尽量增大l的数值是很重要的，它即能增大本身的测量精度，又能提高时间t的测量精确度。那在实验中如何确定N1、N3、的位置呢？

5.对于液体的高度和圆筒直径的测量也要尽量采用较精密的仪器，对D和h作多次测量求平均值的方法来提高测量的精确度。

最后需要强调的是在观测小球过N1、N3的位置时，观测者的视线一定要与竖直圆筒相垂直。实验者如果能够按照本文所列的注意事项做实验的话，就会大大提高粘度系数的精确度。

郑伯玮 大学物理实验 高等教育出版社 1988

梅立坤 落球法测定液体粘滞系数技术物理教学 2012、12

温建平 变速落球法测液体黏度的研究大学物理2014、3

李丽杰，女，河北沧州人，1969年5月出生，沧州师范学院物理与电子信息系副教授，研究方向，物理学。