落球法測定液體的粘滯系數(shù)實驗設(shè)計及探究

朱天榮

摘 要 傳統(tǒng)方法測定液體粘滯系數(shù)，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(fù)性差等缺點。而采用落球法粘滯系數(shù)測定儀用現(xiàn)代半導(dǎo)體激光技術(shù)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(tǒng)的實驗內(nèi)容和技能，增強了實驗的直觀性、興趣性，也擴大了學(xué)生的知識面，提高了實驗教學(xué)水平。

關(guān)鍵詞 落球法；液體；粘滯系數(shù)；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(shù)又稱內(nèi)摩擦系數(shù)，是反映液體流動行為的特征量，其數(shù)值大小與液體的性質(zhì)有關(guān)，也與溫度有關(guān)。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(nèi)血液循環(huán)質(zhì)量，血液粘度的變化還會引起許多心血管疾病的發(fā)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(xué)會準確測定液體粘滯系數(shù)也是醫(yī)學(xué)生必須掌握的實踐技能。本實驗是運用粘滯系數(shù)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(shù)。本實驗設(shè)計不僅保留了經(jīng)典的實驗內(nèi)容和技能，提高了測量的精準度，又擴大了學(xué)生的知識面，增強了學(xué)生動手能力，發(fā)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(xué)生了解現(xiàn)代光電傳感器的測量技術(shù)，又提高了實驗教學(xué)水平。

1 實驗?zāi)康?/p>

1）掌握用落球法測定液體粘滯系數(shù)的原理和方法；2）學(xué)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(shù)。

2 實驗器材

落球法粘滯系數(shù)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(diào)節(jié)底盤使重錘對準底盤中心；

7）打開電源調(diào)節(jié)上下兩個激光發(fā)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(zhuǎn)到實驗架底盤中央，并在實驗中保持位置不變；

9）調(diào)節(jié)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(dǎo)管，使其沒入蓖麻油1mm～2mm左右，務(wù)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(shù)測定儀，將未測量小鋼球用鑷子夾住輕輕放入導(dǎo)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(diào)整激光器位置，反復(fù)調(diào)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(dǎo)管讓其下落，同時人工用電子秒表計時；

15）重復(fù)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(diào)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(fā)光管熄滅時，激光發(fā)射器與接收器對準；4）激光盒安裝要兼顧量筒放置方便，導(dǎo)管要浸入液體中1mm～2mm左右；5）操作要小心、謹慎，防止導(dǎo)線纏繞或碰撞導(dǎo)致量筒滑落；6）連續(xù)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(jīng)過量筒中既定測量區(qū)域時，如果時間相等，則可判斷小球在此區(qū)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(zhuǎn)。

3）如果用表面粗糙的金屬小球?qū)嶒灲Y(jié)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(jié)果有影響。

4）用激光光電開關(guān)測量小球下落時間的方法測量液體粘滯系數(shù)有何優(yōu)點？人工計時，觀測者對小球下落經(jīng)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(fù)性差。

5）連續(xù)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(xù)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(tài)，液體的湍流會對小球的運動過程產(chǎn)生很大影響；時間過長，周圍環(huán)境溫度會有變化，導(dǎo)致液體溫度可能已經(jīng)發(fā)生較大變化，造成實驗測量值誤差較大。

參考文獻

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