(完整)液体粘度与密度测定

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物理实验报告

液体黏度的测定

各种实际液体都具有不同程度的黏滞性。当液体流动时，平行于流动方向的各层流体之间，其速度都不相同，即各层间存在着滑动，于是在层与层之间就有摩擦力产生。这一摩擦力称为“黏滞力”。它的方向在接触面内，与流动方向相反，其大小与接触面面积的大小及速度梯度成正比，比例系数称为“黏度”（又称黏滞系数，viscosity）。它表征液体黏滞性的强弱，液体黏度与温度有很大关系，测量时必须给出其对应的温度。在生产上和科学技术上，凡是涉及流体的场合，譬如飞行器的飞行、液体的管道输送、机械的润滑以及金属的熔铸、焊接等，无不需要考虑黏度问题。

测量液体黏度的方法很多，通常有：①管流法。让待测液体以一定的流量流过已知管径的管道，再测出在一定长度的管道上的压降，算出黏度。②落球法。用已知直径的小球从液体中落下，通过下落速度的测量，算出黏度。③旋转法。将待测液体放入两个不同直径的同心圆筒中间，一圆筒固定，另一圆筒以已知角速度转动，通过所需力矩的测量，算出黏度。④奥氏黏度计法。已知容积的液体，由已知管径的短管中自由流出，通过测量全部液体流出的时间，算出黏度。本实验基于教学的考虑，所采用的是奥氏黏度计法。

实验一 落球法测量液体黏度

一、【实验目的】

1、了解有关液体黏滞性的知识，学习用落球法测定液体的黏度；

2、掌握读数显微镜的使用方法。

二、【实验原理】

将液体放在两玻璃板之间，下板固定，而对上板施以一水平方向的恒力，使之以速度v匀速移动。黏着在上板的一层液体以速度v移动；黏着于下板的一层

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液体则静止不动。液体自上而下，由于层与层之间存在摩擦力的作用，速度快的带动速度慢的，因此各层分别以由大到小的不同速度流动。它们的速度与它们与下板的距离成正比，越接近上板速度越大。这种液体流层间的摩擦力称为“黏滞力”（viscosity force）。设两板间的距离为x，板的面积为S。因为没有加速度，板间液体的黏滞力等于外作用力，设为f。由实验可知，黏滞力f与面积S及速度v成正比，而与距离x成反比，即

实验６ 用落球法测定液体的粘度

各种流体（液体、气体）都具有不同程度的粘性，当其相邻两流层各以不同

速度运动时，层间就有摩擦力产生，运动快的流层对运动慢的流层有加速作用，

运动慢的流层对运动快的流层有阻滞作用。流体的这种性质称为粘性，流层间的

摩擦力称做粘性力。在通常情况下，许多流体的粘性力Ｆ与两流层接触面积Ａ和垂直于流速方向的速度梯度成正比：

（６—１）

式中：比例系数η称为粘度。式（６—１）称为牛顿粘性定律。服从牛顿

粘性定律的流体（如空气、水、油等）称为牛顿流体。而粘性很大的有悬浮物的流体如血液、油漆、塑料等属非牛顿流体。

流体具有粘性的本质原因：①相互接触的流层间的分子引力而产生的阻力；

②相邻不同流速流层的分子相互扩散产生的阻力。在国际单位制（ＳＩ）中，粘

度η的单位为帕秒（Ｐａ·ｓ），１Ｐａ·ｓ＝１kg·m-1·s-1；ＣＧＳ制中，

η的单位是泊（Ｐ），１Ｐ＝１g·cm-1·s-1，因而１Ｐａ·ｓ＝１０Ｐ。

同一流体在不同温度下其粘度变化很大。例如蓖麻油，当温度从１８℃升至

４０℃时，粘度几乎降到原来的１／４。

研究流体的粘性，测定粘度不仅在材料科学研究方面，而且在医学和许多工业部门都有很重要的实际意义。测定流体粘度有许多方法，对于粘度较小的流体，

如水、乙醇、四氯化碳等，常用毛细管粘度计测量；而对粘度较大的蓖麻油、变

压器油、机油、甘油等透明（或半透明）液体的粘度常用落球法（也称斯托克斯

法）测定；对于粘度为０.１Ｐａ·ｓ～１００Ｐａ·ｓ的液体也可用转筒法进

行测定。

【预习重点】

（１）根据斯托克斯定律用落球法测定液体粘度的原理和方法。

（２）熟悉游标卡尺、停表、温度计和移测显微镜等仪器的使用方法（第２

章２．２．１，２．４．３）。

参考书：《大学物理学》第一册，Ｆ．Ｗ．ＳＥＡＲＳ等著，第十三章。

【仪器】

粘度测量装置、游标卡尺、停表、温度计、密度计、米尺、移测显微镜等。

图６—１ 粘度测定出其与落球受力

测定液体粘度实验报告

一、实验目的

液体的粘度是液体的重要物理性质之一，它反映了液体流动时内摩擦力的大小。本次实验的目的是通过测量液体在不同条件下的流动时间，来确定液体的粘度，并了解影响液体粘度的因素。

二、实验原理

1、 粘度的定义

液体的粘度是指液体在流动时，由于分子间的内摩擦力而产生的阻力。粘度的大小通常用动力粘度（μ）或运动粘度（ν）来表示。

动力粘度的定义为：使相距为单位距离的两平行液层，以单位速度相对移动时，在单位面积上所需要的力，其单位为 Pa·s（帕斯卡·秒）。

运动粘度是动力粘度与液体密度的比值，即 ν ＝ μ/ρ，其单位为

m²/s。

2、 测量方法

本实验采用落球法测量液体的粘度。将一个小球在液体中自由下落，在重力作用下，小球加速下落，同时受到液体的粘滞阻力。当小球的重力与粘滞阻力达到平衡时，小球将以匀速下落。

根据斯托克斯定律，小球在液体中匀速下落时，所受的粘滞阻力为： F ＝ 6πηrv

其中，η为液体的粘度，r 为小球的半径，v 为小球的下落速度。

由于小球下落达到匀速时，重力等于粘滞阻力，即：

mg ＝ 6πηrv

整理可得：

η ＝ （mg)／（6πrv)

通过测量小球的下落时间 t 和下落距离 h，可以计算出小球的下落速度 v ＝ h/t，从而求出液体的粘度 η。

三、实验仪器和材料

1、 实验仪器

落球粘度计、秒表、温度计、游标卡尺、电子天平、玻璃管、小球（若干）。

2、 实验材料

蒸馏水、乙醇、甘油。

四、实验步骤

1、 用游标卡尺测量小球的直径，多次测量取平均值，计算小球的半径 r。

2、 调整落球粘度计的垂直度，使玻璃管垂直放置。 3、 将蒸馏水注入玻璃管中，至一定高度。

4、 用电子天平测量小球的质量 m。

5、 把小球轻轻放入玻璃管中，使其自由下落，用秒表记录小球通过一定距离 h 所需的时间 t，重复测量多次，取平均值。

6、 测量实验时的温度，记录下来。

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精选资料，欢迎下载 实验二 液体粘度的测定

测量液体粘度的方法很多，有落球法，扭摆法，转筒法及毛细管法。本实验所采用的落球法（也称斯托克斯法）是最常用的测量方法。

【实验目的】

• 观察液体的内摩擦现象；用落球法测定液体的粘度。

• 学习 用比重计测定液体的密度和 秒表的使用 方法 。

【实验仪器】

量筒、小球、 秒 表、米尺、螺旋测微计、游标卡尺、镊子、比重计、温度计等。

（图 2 游标卡尺）

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精选资料，欢迎下载

（图3 比重计） （图

4 实验全图）

【注意事项】

• 实验过程中油应保持静止，油中无气泡。

• 为保持实验时液体温度不变，应避免用手捧握量筒。

• 量筒应铅直放置，使小球沿筒的中心线下降。

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精选资料，欢迎下载 • 量筒上、下部的环线标志 M 1 和 M 2 应水平。

【思考题】

1. 小球在液体中的运动方程是什么，请用牛顿第二定律与微分方程求解。

2. 实验中测量误差的主要因素有哪些？小球的大小对测量结果有什么影响？

3. 如何使用计算器的统计功能计算一个测量列的标准差？

【应用提示】

在生产过程中，为确保产品质量，需要在生产线上随时检测产品各种性质的参数。如果待测物质是液体，通常需检测液体的粘度。在连续生产中测定液体粘度常选用旋转空管法。该方法不需要将待测液体从生产过程中取出，只需要把测量装置浸入待测液体，即可测量液体的粘度。