(整理)旋转液体综合实验
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一、实验目的1. 了解旋转液体在旋转过程中产生的物理现象;2. 掌握测量旋转液体表面形状、离心力、重力加速度等参数的方法;3. 分析旋转液体在不同转速下的物理特性。
二、实验原理旋转液体实验是基于牛顿第二定律和牛顿万有引力定律。
当液体在旋转容器中旋转时,液体受到离心力和重力的作用,形成特殊的物理现象。
根据牛顿第二定律,离心力与液体的质量、旋转半径和角速度有关;根据牛顿万有引力定律,重力与液体的质量、地球质量、旋转半径和重力加速度有关。
三、实验仪器与设备1. 旋转液体实验装置:包括旋转容器、旋转电机、测速仪、激光测距仪等;2. 数据采集系统:包括计算机、数据采集卡、软件等;3. 其他:秒表、天平、刻度尺等。
四、实验步骤1. 将旋转液体实验装置安装好,确保旋转容器、旋转电机、测速仪、激光测距仪等设备正常运行;2. 在旋转容器中倒入适量的液体,调整液面高度,确保液体表面平坦;3. 打开旋转电机,缓慢增加转速,观察液体表面形状、涡流等现象;4. 利用激光测距仪测量液体表面形状,记录数据;5. 利用测速仪测量旋转液体的角速度;6. 利用天平测量液体的质量;7. 记录实验数据,包括转速、角速度、液体表面形状、离心力、重力加速度等。
五、实验数据1. 实验过程中,液体表面形状呈现抛物线状,随着转速的增加,抛物线越来越陡峭;2. 实验测得旋转液体的角速度与转速成正比;3. 实验测得离心力与液体质量、旋转半径和角速度的平方成正比;4. 实验测得重力加速度与液体质量、地球质量、旋转半径的平方成反比。
六、实验结果与分析1. 旋转液体表面形状:实验结果显示,随着转速的增加,液体表面形状逐渐变为抛物线状,符合牛顿第二定律;2. 离心力:实验结果显示,离心力与液体质量、旋转半径和角速度的平方成正比,符合牛顿第二定律;3. 重力加速度:实验结果显示,重力加速度与液体质量、地球质量、旋转半径的平方成反比,符合牛顿万有引力定律。
七、实验结论1. 旋转液体实验验证了牛顿第二定律和牛顿万有引力定律的正确性;2. 通过旋转液体实验,可以测量液体表面形状、离心力、重力加速度等参数;3. 旋转液体实验为研究旋转液体在旋转过程中的物理现象提供了实验依据。
实验名称:旋转的液体实验目的:1. 观察旋转液体中的现象,了解液体在旋转过程中受到的力。
2. 分析液体旋转的原理,探讨液体旋转对周围环境的影响。
实验器材:1. 旋转实验装置(包括旋转盘、支架、容器、液体等)2. 激光笔3. 测量尺4. 计时器5. 记录纸实验步骤:1. 将旋转实验装置安装好,确保旋转盘平稳旋转。
2. 向容器中加入适量的液体,确保液体高度适中。
3. 打开激光笔,使其固定在旋转盘上方,激光笔发出的光线垂直照射到液体表面。
4. 启动旋转盘,观察激光笔在液体表面形成的旋转光圈。
5. 记录旋转过程中光圈的变化情况,包括光圈的大小、形状、颜色等。
6. 调整旋转盘的速度,观察光圈的变化,分析液体旋转对光圈的影响。
7. 在不同角度、不同高度的位置观察激光笔照射到液体表面的光圈,分析液体旋转对光圈的影响。
8. 关闭旋转盘,重复步骤4-7,对比分析旋转前后光圈的变化。
实验结果:1. 当旋转盘开始旋转时,激光笔照射到液体表面的光圈逐渐扩大,并形成旋转的形状。
2. 随着旋转速度的增加,光圈的大小和形状变化更为明显。
3. 在不同角度、不同高度的位置观察激光笔照射到液体表面的光圈,发现光圈的变化趋势与旋转盘速度有关。
4. 旋转过程中,光圈的颜色逐渐变暗,说明液体在旋转过程中受到的力导致光线散射。
实验分析:1. 液体在旋转过程中受到离心力作用,使液体表面形成旋转光圈。
2. 旋转速度越快,离心力越大,光圈的大小和形状变化越明显。
3. 激光笔照射到液体表面的光圈变化,反映了液体旋转对光线的影响。
4. 液体旋转过程中,光线散射导致光圈颜色变暗。
实验结论:1. 液体在旋转过程中受到离心力作用,使液体表面形成旋转光圈。
2. 液体旋转对光线产生散射作用,导致光圈颜色变暗。
3. 旋转速度、角度、高度等因素对液体旋转光圈的影响存在差异。
实验心得:通过本次实验,我了解到液体在旋转过程中受到的离心力作用,以及液体旋转对光线的影响。
旋转液体物理实验报告实验名称:旋转液体物理实验实验目的:1.了解旋转液体的物理特性。
2.探究旋转液体的重心及转速与液面高度的关系。
3.探究旋转液体的受力情况及对液体形态的影响。
实验原理:呈圆柱形的容器内装有液体,外部加一转速为ω的恒力。
旋转容器两端长度分别为L、l,容器内液体的高度为h,容器内物质密度为ρ。
实验步骤:1.清洁容器并倒入液体,注意不要注入过多以避免溢出。
2.固定容器并通过电机使其开始旋转。
3.调节电机速度,记录旋转液面高度h、旋转速度ω及容器两端长度L、l等实验数据。
4.拍摄旋转液面形态,记录旋转过程中液面的变化。
实验数据记录:表格1:旋转液面高度与电机转速的关系旋转液面高度h/cm 电机转速ω/rpm1.5 30001.0 40000.8 50000.5 6000表格2:旋转液面高度与容器长度的关系旋转液面高度h/cm 容器两端长度L/cm 容器端长l/cm1.5 30 201.0 40 200.8 50 200.5 60 20实验结论:1.旋转液体的重心随液面高度变化而变化,液面高度越高重心越高,液面高度越低重心越低。
2.在相同容器长度L的条件下,当液面高度相同时,液体的受力均匀,且液面呈现扁平状态。
3.在相同液面高度的条件下,当容器端长l增加时,液面形态容易变得不稳定。
实验分析:1.通过实验数据分析可得知,液面高度越高旋转液体的重心越高,液面高度越低旋转液体的重心越低,与理论分析相符。
2.液面呈现扁平状态说明液体的受力均匀,符合力学原理。
3.容器端长l的增加会使液面形态不稳定,原因是在过长的容器端长下,外力产生的作用点一侧产生凸起使液体形成弧形,导致液面变得不稳定。
实验心得:通过本次旋转液体物理实验,我们深入了解了旋转液体的物理特性及相关影响因素,并在实验过程中掌握了调节实验参数、记录实验数据和分析实验结果的方法技巧,提高了自身实验能力和科学素养。
旋转液体实验报告旋转液体实验报告引言:在科学实验中,我们常常通过观察物体在不同条件下的行为来探索其特性和规律。
本次实验旨在研究旋转液体的行为,并探讨其中的原理和现象。
通过这一实验,我们可以更好地理解液体的性质以及旋转对其造成的影响。
实验目的:1. 观察旋转液体的形态和行为;2. 探究旋转液体的原理和现象;3. 分析旋转液体的应用领域和潜在价值。
实验材料:1. 一个透明的圆形容器;2. 水或其他液体;3. 一个旋转装置。
实验步骤:1. 将透明容器放在旋转装置上,并固定好;2. 将液体倒入容器中,使其充满;3. 启动旋转装置,使容器开始旋转;4. 观察液体在旋转过程中的变化。
实验结果:通过观察实验,我们发现以下几个有趣的现象:1. 在容器开始旋转后,液体会形成一个凹面镜状的曲面;2. 随着旋转速度的增加,液体曲面的凹度会增大,液体会更加集中在中心;3. 当旋转速度达到一定程度时,液体会形成一个凸起的山峰状。
现象解释:这些现象可以通过离心力和液体的粘性来解释。
当容器开始旋转时,液体受到离心力的作用,向外侧移动。
由于液体的粘性,它们会相互摩擦并形成一个凹面镜状的曲面。
随着旋转速度的增加,离心力的作用也增加,液体分子之间的相互作用力变得更小,因此液体会更加集中在中心,形成一个凸起的山峰状。
应用领域:旋转液体的研究在多个领域有着广泛的应用价值:1. 空间科学:在宇宙中,由于缺乏重力,液体在旋转时会呈现出不同的行为,研究旋转液体可以帮助我们更好地理解宇宙中的物质行为;2. 工程设计:在某些工程领域,旋转液体可以用来模拟复杂的流体行为,帮助工程师设计更有效的流体系统;3. 医学研究:旋转液体的研究也可以应用于医学领域,帮助研究人员更好地了解血液在旋转时的行为,为血液循环系统的疾病诊断和治疗提供参考。
结论:通过本次实验,我们深入了解了旋转液体的行为和原理,并探讨了其在不同领域的应用潜力。
旋转液体的研究不仅仅是一种有趣的科学实验,更是为我们揭示了液体的复杂性和多样性。
一、实验目的1. 通过旋转水实验,观察并分析旋转液体表面的形状变化。
2. 探究旋转液体表面的形状与重力加速度、旋转角速度之间的关系。
3. 了解旋转液体在科学研究和实际应用中的重要性。
二、实验原理当圆柱形容器中的液体绕其圆柱面的对称轴匀速转动时,液体表面会形成一个抛物面。
这是因为液体受到向心力(惯性离心力)的作用,导致液体表面各点向旋转轴方向偏离。
抛物面的形状与重力加速度、旋转角速度等因素有关。
三、实验器材1. 圆柱形容器2. 水泵3. 计时器4. 刻度尺5. 数据记录表四、实验步骤1. 将圆柱形容器装满水,确保水面与容器边缘相平。
2. 使用水泵将容器内的水抽出,使其旋转。
3. 观察并记录旋转水表面的形状,用刻度尺测量抛物面的参数。
4. 改变旋转速度,重复步骤3,观察并记录不同旋转速度下抛物面的形状。
5. 根据实验数据,分析旋转液体表面的形状与重力加速度、旋转角速度之间的关系。
五、实验结果与分析1. 观察结果显示,旋转水表面呈抛物面形状。
随着旋转速度的增加,抛物面的开口角度减小,形状更加扁平。
2. 通过计算,得到旋转液体表面的抛物线方程为:y = (gR^2ω^2/2) x^2,其中y为抛物面高度,x为抛物面水平距离,g为重力加速度,R为圆柱形容器半径,ω为旋转角速度。
3. 分析结果表明,旋转液体表面的形状与重力加速度、旋转角速度之间存在以下关系:- 重力加速度越大,抛物面的开口角度越小,形状更加扁平。
- 旋转角速度越大,抛物面的开口角度越小,形状更加扁平。
六、实验结论1. 旋转液体表面呈抛物面形状,其形状与重力加速度、旋转角速度有关。
2. 通过旋转液体实验,可以测量重力加速度和旋转角速度,为科学研究提供数据支持。
3. 旋转液体在科学研究和实际应用中具有重要意义,如液体镜头、分离机等。
七、实验拓展1. 探究不同密度液体的旋转液体实验,观察并分析其表面形状变化。
2. 研究旋转液体在不同温度下的性质变化,如表面张力、粘度等。
竭诚为您提供优质文档/双击可除旋转液体综合实验实验报告篇一:旋转液体综合实验旋转液体综合实验浙江大学物理实验教学中心20XX-11旋转液体综合实验在力学创建之初,牛顿的水桶实验就发现,当水桶中的水旋转时,水会沿着桶壁上升。
旋转的液体其表面形状为一个抛物面,可利用这点测量重力加速度;旋转液体的抛物面也是一个很好的光学元件。
美国的物理学家乌德创造了液体镜面,他在一个大容器里旋转水银,得到一个理想的抛物面,由于水银能很好地反射光线,所以能起反射镜的作用。
随着现代技术的发展液体镜头正在向一“大”一“小”两极发展。
大,可以作为大型天文望远镜的镜头;反射式液体镜头已经在大型望远镜中得到了应用,代替传统望远镜中使用的玻璃反射境。
当盛满液体(通常采用水银)的容器旋转时,向心力会产生一个光滑的用于望远镜的反射凹面。
通常这样一个光滑的曲面,完全可以代替需要大量复杂工艺并且价格昂贵的玻璃镜头,而哈勃空间望远镜的失败也让我们了解了玻璃镜头何等脆弱。
小,则可以作为拍照手机的变焦镜头。
美国加利福尼亚大学的科学家发明了液体镜头,它通过改变厚度仅为8mm的两种不同的液体交接处月牙形表面的形状,实现焦距的变化。
这种液体镜头相对于传统的变焦系统而言,兼顾了紧凑的结构和低成本两方面的优势。
旋转液体的综合实验可利用抛物面的参数与重力加速度关系,测量重力加速度,另外,液面凹面镜成像与转速的关系也可研究凹面镜焦距的变化情况。
还可通过旋转液体研究牛顿流体力学,分析流层之间的运动,测量液体的粘滞系数。
【实验原理】一、旋转液体抛物面公式推导定量计算时,选取随圆柱形容器旋转的参考系,这是一个转动的非惯性参考系。
液相对于参考系静止,任选一小块液体p,其受力如图1。
Fi为沿径向向外的惯性离心力,mg为重力,n为这一小块液体周围液体对它的作用力的合力,由对称性可知,n必然垂直于液体表面。
在x-Y坐标下p(x,y)则有:图1原理图ncos??mg?0nsin??Fi?0Fi?m?x2tan??dydx??xg2根据图1有:y??22x?y0(1)2g为旋转角速度,y0为x?0处的y值。
旋转液体综合实验实验报告结论经过对旋转液体的实验探究,我们发现旋转液体的运动规律和静止液体有所不同。
在旋转液体中,液体分子受到离心力和向心力的作用,导致液体呈现出特定的运动规律和形态。
本实验主要探究液体在旋转过程中的运动规律和形态变化。
我们对旋转液体的运动规律进行研究。
实验结果表明,液体在旋转过程中呈现出圆形运动的规律,即液体呈现出环状的形态。
液体分子受到离心力和向心力的作用,使得液体向外凸起,形成一个圆环状的形态。
而在液体中心,液体分子受到向心力的作用,使得液体向内凹陷,形成一个凹陷的圆形区域。
这种运动规律是由液体分子受到离心力和向心力的相互作用所导致的。
我们研究了旋转液体的形态变化。
实验结果表明,在液体旋转过程中,液体的形态发生了明显的变化。
当液体旋转速度较慢时,液体呈现出一个平整的圆形。
当旋转速度逐渐增加时,液体逐渐向外凸起,形成一个圆环状的形态。
当旋转速度进一步增加时,液体中心出现一个凹陷区域,形成一个类似于飞碟的形态。
而当旋转速度进一步增加时,液体中心的凹陷区域逐渐消失,液体呈现出一个平整的圆形。
我们对液体旋转的特性进行了探究。
实验结果表明,液体的旋转速度对液体的形态和运动规律都有着重要的影响。
当液体旋转速度较慢时,液体分子受到的离心力和向心力较小,液体呈现出一个平整的圆形。
当旋转速度逐渐增加时,离心力和向心力逐渐增大,液体呈现出一个圆环状的形态。
当旋转速度进一步增加时,液体分子受到的离心力和向心力达到平衡,液体呈现出一个类似于飞碟的形态。
当旋转速度进一步增加时,液体分子受到的离心力和向心力不再平衡,液体呈现出一个平整的圆形。
旋转液体的运动规律和形态变化与静止液体有所不同。
液体分子受到离心力和向心力的作用,导致液体呈现出特定的运动规律和形态。
液体旋转速度对液体的形态和运动规律都有着重要的影响。
本实验的探究结果对于深入理解液体的运动规律和形态变化具有一定的参考价值。
竭诚为您提供优质文档/双击可除大学物理旋转液体实验报告篇一:大学物理旋转液体【实验题目】如何研究旋转液体问题班级姓名学号教师姓名上课日期20XX年月日教室7教b段406房间座位号(以上信息请根据网络选课页面填写完整。
)任课教师签字:最终成绩:篇二:大学物理一实验报告(共5篇)篇一:大学物理实验报告模板.**学院物理系大学物理学生实验报告实验项目:实验地点:班级:姓名:座号:实验时间:月物理系编制一、实验目的:二、实验仪器设备:三、实验原理:四、实验步骤:教师签名:五、实验数据记录六、实验数据处理七、实验结论与分析及思考题解答1、对实验进行总结,写出结论:2、思考题解答:篇二:大学物理实验报告**学院物理系大学物理学生实验报告实验项目:空气比热容比测定实验实验地点:班级:姓名:座号:实验时间:月日物理系编制一、实验目的:①用绝热膨胀法测定空气的比热容比?。
②观察热力学过程中状态变化及基本物理规律。
③学习气体压力传感器和电流型集成温度传感器的原理及使用方法。
二、实验仪器设备:贮气瓶,温度计,空气比热容比测定仪。
数字电压表1-进气活塞;2-放气活塞;3-ad590;4-气体压力传感器;5-704胶粘剂图4-4-1实验装置简图三、实验原理:气体由于受热过程不同,有不同的比热容。
对应于气体受热的等容及等压过程,气体的比热容有定容比热容c和定压比热容c。
定vp容比热容是将1kg气体在保持体积不变的情况下加热,当其温度升高1?c时所需的热量;而定压比热容则是将1kg气体在保持压强不变的情?cv况下加热,当其温度升高1?c时所需的热量。
显然,后者由于要对外作功而大于前者,即c定容比热容c之比vp。
气体的比热容比?定义为定压比热容c和p??ccpv是一个重要的物理量,经常出现在热力学方程中。
2四、实验步骤:5(1)用气压计测量大气压强p0设为(1.0248?10pa);(2)开启电源,将电子仪器部分预热10分钟,然后用调零电位器调节零点;(3)关闭放气活塞2,打开进气活塞1,用充气球向瓶内打气,使瓶内压强升高(即数字电压表显示值升高120~140mv左右,关闭进气活塞1。
[精品]旋转液体特性实验报告参考及改进实验目的:
1、掌握旋转液体的特性;
2、通过实验观察液体在旋转时的重力与惯性相互作用,加深对液体力学的理解;
3、探究旋转液体表面的形状,研究表面张力对液体形态的影响。
实验器材:
钢球、圆形玻璃容器、旋转台、电机、电源、自制齿轮传动装置。
实验原理:
旋转液体的质心会以圆形轨道运动,这是由于液体分子惯性继续运动的原因导致的;液体表面的形态也会受到表面张力的影响而发生变化。
实验步骤:
1、将圆形玻璃容器放置在旋转台上,并将钢球放入容器中。
2、手动转动旋转台,观察钢球在旋转液体中的行为。
3、通过自制的齿轮传动装置改变旋转台的转速,观察钢球在高速和低速下的行为差异。
4、将一滴液体滴入容器中,观察液体表面形态的变化。
实验结果:
1、在低速旋转时,钢球会在液体中滚动,产生一定的水柱高度。
3、在液体表面滴入液滴后,液滴在旋转时具有扁平的椭圆形态,与表面张力有关。
改进方案:
1、添加摄像头,记录实验过程,以便更好的观察和分析结果。
2、添加红外线传感器,监测钢球位置并自动调节旋转速度,以保持钢球在液体表面上运动。
3、改造旋转台,使其能够沿任意方向旋转,以便更好地研究液体的行为。
旋转液体综合实验浙江大学物理实验教学中心2005-11旋转液体综合实验在力学创建之初,牛顿的水桶实验就发现,当水桶中的水旋转时,水会沿着桶壁上升。
旋转的液体其表面形状为一个抛物面,可利用这点测量重力加速度;旋转液体的抛物面也是一个很好的光学元件。
美国的物理学家乌德创造了液体镜面,他在一个大容器里旋转水银,得到一个理想的抛物面,由于水银能很好地反射光线,所以能起反射镜的作用。
随着现代技术的发展液体镜头正在向一“大”一“小”两极发展。
大,可以作为大型天文望远镜的镜头; 反射式液体镜头已经在大型望远镜中得到了应用,代替传统望远镜中使用的玻璃反射境。
当盛满液体(通常采用水银)的容器旋转时,向心力会产生一个光滑的用于望远镜的反射凹面。
通常这样一个光滑的曲面,完全可以代替需要大量复杂工艺并且价格昂贵的玻璃镜头,而哈勃空间望远镜的失败也让我们了解了玻璃镜头何等脆弱。
小,则可以作为拍照手机的变焦镜头。
美国加利福尼亚大学的科学家发明了液体镜头,它通过改变厚度仅为8mm 的两种不同的液体交接处月牙形表面的形状,实现焦距的变化。
这种液体镜头相对于传统的变焦系统而言,兼顾了紧凑的结构和低成本两方面的优势。
旋转液体的综合实验可利用抛物面的参数与重力加速度关系,测量重力加速度,另外,液面凹面镜成像与转速的关系也可研究凹面镜焦距的变化情况。
还可通过旋转液体研究牛顿流体力学,分析流层之间的运动,测量液体的粘滞系数。
【实验原理】一、 旋转液体抛物面公式推导定量计算时,选取随圆柱形容器旋转的参考系,这是一个转动的非惯性参考系。
液相对于参考系静止,任选一小块液体P ,其受力如图1。
Fi 为沿径向向外的惯性离心力,mg 为重力,N 为这一小块液体周围液体对它的作用力的合力,由对称性可知,N 必然垂直于液体表面。
在X-Y 坐标下P(x,y) 则有:cos 0N mg θ-= sin 0i N F θ-=图1 原理图2i F m x ω=2tan dy xdx gωθ==根据图1有: 0222y x gy +=ω (1)为旋转角速度,0y 为0=x 处的y 值。
此为抛物线方程,可见液面为旋转抛物面。
二 、 用旋转液体测量重力加速度g在实验系统中,一个盛有液体半径为R 的圆柱形容器绕该圆柱体的对称轴以角速度ω匀速稳定转动时,液体的表面形成抛物面,如图2。
设液体未旋转时液面高度为h ,液体的体积为:h R V 2π= (2)因液体旋转前后体积保持不变,旋转时液体体积可表示为:xdx y gx dx x y V R)2(2)2(0220+==⎰⎰ωππ (3)由(2)、(3)式得:gR h y 4220ω-= (4)联立(1)、(4)可得,当2/0R x x ==时,h x y =)(0,即液面在0x 处的高度是恒定值。
方法一:用旋转液体液面最高与最低处的高度差测量重力加速度g如图2所示,设旋转液面最高与最低处的高度差为h ∆,点(h y R ∆+0,)在(1)式的抛物线上,有02202y gR h y +=∆+ω,图2 实验示意图得:hR g ∆=222ω又260nπω=,则 2227200D n g hπ=⋅∆ (5)D 为圆筒直径,n 为旋转速度(转/分)。
方法二、斜率法测重力加速度如图2所示,激光束平行转轴入射,经过BC 透明屏幕,打在20Rx =的液面A 点上,反射光点为C ,A 处切线与x 方向的夹角为θ,则θ2=∠B A C ,测出透明屏幕至圆桶底部的距离H 、液面静止时高度h ,以及两光点BC 间距离d ,则hH d-=θ2tan ,求出θ值。
因为 2tan dy xdx gωθ==,在20R x =处有 2tan θ=因为260nπω=, 则 222222tan60n πθ⎛⎫===⎪⎝⎭2g =(6)或可作θtan ~2n 曲线,求斜率k ,可得2k =2g =三、验证抛物面焦距与转速的关系旋转液体表面形成的抛物面可看作一个凹面镜,符合光学成像系统的规律,若光线平行于曲面对称轴入射,反射光将全部会聚于抛物面的焦点。
根据抛物线方程(1),抛物面的焦距22ωg f =。
四、测量液体粘滞系数在旋转的液体中,沿中心放入张丝悬挂的圆柱形物体,圆柱高度为L ,半径为1R ,外圆桶半径为2R ,如图3所示。
外圆筒以恒定的角速度0ω旋转,在转速较小的情况下,流体会很规则地一层层地转动,稳定时圆柱形物体静止角速度为零。
1、设外圆桶稳定旋转时,圆柱形物体所承受的阻力矩为M ,则M = 圆柱侧面所受液体的阻力矩1M + 圆柱底面所受液体摩擦力矩2M (推导略)22121022124R R M L R R πηω=- (7) zR M ∆=20422ωπη (8)圆柱形物体所承受的液体阻力矩MzR R R R R L M M M ∆+-=+=2404222212221021ωπηωπη (9)2、 张丝扭转力矩‘M 。
悬挂圆柱形物体的张丝为钢丝,其切变模量为G ,张丝半径为R ,张丝长度为‘L 。
转动力矩为: θπ'4'2LGR M =(10)该式表示力矩‘M 与扭转角度θ成正比。
在液体旋转系统稳定时,液体产生的阻力矩与悬挂张丝所产生的扭转力矩平衡,使得圆柱形物体达到静止。
所以 ‘M M =从(9)、(10)式可以解出粘度系数为:⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-+∆-∆=4222212221222104)(8)(22R R R R zR L R R z L GR θωη‘ (11) 其中:G 金属张丝的切变模量R 张丝半径‘L张丝长度 θ 为偏转角度 0ω 圆桶转速图3 液体粘滞系数测量原理图z ∆ 圆柱底面到外圆桶底面的距离L 圆柱高度1R 圆柱半径, 2R 为外圆桶半径【实验装置】1.激光器 2.米刻度水平屏幕 3 .水平标线 4.水平仪 5.激光器电源插孔6.调速开关 7.速度显示窗 8.圆柱形实验容器 9.水平量角器 10.米刻度垂直屏幕 11.张丝悬挂圆柱体 12.实验容器内径2/R 刻线(见底盘红线)(可自行标注)【实验内容】1、仪器调整a 、水平调整将圆形水平仪放在载物台中心,调整仪器底部支撑脚,直到水平仪上的气泡到中心位置。
b 、激光器位置调整用自准直法调整激光束平行转轴入射,经过透明屏幕,对准桶底20Rx =处的记号,R 为圆桶内径。
2、测量重力加速度g(装置见图5)1)用旋转液体液面最高与最低处的高度差测量重力加速度g 改变圆桶转速n (转/秒)(n πω2=)6次,测量液面最高与最低处的高度差,计算重力加速度g 。
2)斜率法测重力加速度将透明屏幕(1)置于圆桶上方,用自准直法调整激光束平行转轴入射,经过透明屏幕,对准桶底20Rx =处的记号,测出透明屏幕至圆筒底部的距离H 、液面静止时高度h 。
改变圆桶转速n (转/分)(260nπω=)6次,在透明屏幕上读出入射光与反射光点BC 间距离d ,则hH d-=θ2tan ,求出tan θ值。
3、验证抛物面焦距与转速的关系(装置见图6) 将毫米刻度垂直屏幕过转轴放入实验容器中央,激光束平行转轴入射至液面,后聚焦在屏幕上,可改变入射位置观察聚焦情况。
图4图5改变圆桶转速n (转/分)(260nπω=)6次,记录焦点位置。
4、研究旋转液体表面成像规律给激光器装上有箭头状光阑的帽盖,使其光束略有发散且在屏幕上成箭头状像。
光束平行光轴在偏离光轴处射向旋转液体,经液面反射后,在水平屏幕上也留下了箭头。
固定转速,上下移动屏幕的位置,观察像箭头的方向及大小变化。
实验发现,屏幕在较低处时,入射光和反射光留下的箭头方向相同,随着屏幕逐渐上移,反射光留下的箭头越来越小直至成一光点,随后箭头反向且逐渐变大。
也可以固定屏幕,改变转速n ,将会观察到类似的现象。
5、测量液体粘滞系数(装置见图7)装好实验装置、将张丝悬挂的圆柱体垂直置于液体中心,柱体上表面有一刻度线记号,低速旋转液体,稳定后柱面上刻度线偏一角度,用激光器和量角器测出偏转角。
同一转速测三次,改变转速3次。
测量:G 金属张丝的切变模量1、R 张丝半径2、‘L 张丝长度 3、z ∆ 圆柱底面到外圆桶底面的距离4、L 圆柱高度 5、1R 圆柱半径 6、2R 圆筒容器半径【数据处理】(参考数据)1、 测量重力加速度g 方法一:)/(9832s cm g = 杭州地区重力加速度公认值:2979.30/g cm s =实验相对误差: %4.0=E 测量结果:)/%)(4.01(9832s cm g ±= 方法二: 屏幕高度13.0H cm =,液面高度 5.5h cm =图7图6)/(9672s cm g = %2.1=E 测量结果:)/%)(2.11(9672s cm g ±=2、验证抛物面焦距与转速的关系3、测量液体粘滞系数实验所用液体为蓖麻油,已知条件:油温C T 18=、81G GPa =实验测得:mm R 148.0=、mm L 66.146=‘、mm z 96.17=∆、mm L 10.30=、mm R 34.181=、mm R 56.492=将张丝悬挂的圆柱体,沿实验容器中心置于液体中,完全浸没。
张丝套入水平放置的量角器中心圆孔与量角器圆心一致,激光光线对准圆柱体上端面上的标记,读出量角器上的角度值,打开仪器电源使旋转液体,待稳定后再次将激光对准圆柱体上端面上的标记,读出量角器上的角度值,计算偏转角θ。
参考资料[1] 武瑞兰,田静蓖麻油粘滞系数随温度变化的经验公式[J][2] 林佩芬周炎辉旋转圆筒法测粘滞系数的计算公式讨论[J] 工科物理1996(4):23-25[3]《物理实验》2002.11、12。
第32届国际物理奥林匹克竞赛力学和光学综合实验题。