朱天荣

摘 要 传统方法测定液体粘滞系数，许多人为因素始终不可避免，如人工计时、主观判断量筒中轴线等，造成测量精度低，灵敏度差，落球测量时间重复性差等缺点。而采用落球法粘滞系数测定仪用现代半导体激光技术计时方法测定小球下落时间，克服了上述不足，不仅保留了传统的实验内容和技能，增强了实验的直观性、兴趣性，也扩大了学生的知识面，提高了实验教学水平。

关键词 落球法；液体；粘滞系数；实验；研究

中图分类号 R4 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）164-0166-02

液体粘滞系数又称内摩擦系数，是反映液体流动行为的特征量，其数值大小与液体的性质有关，也与温度有关。人体血液中有大量红细胞等颗粒存在，所以血液是一种粘性较大的流体，血液粘性大小直接影响人体内血液循环质量，血液粘度的变化还会引起许多心血管疾病的发生，临床上常用测量血粘度的大小来判断人体血液健康程度，同时也是疾病诊断的重要标志之一。因此，学会准确测定液体粘滞系数也是医学生必须掌握的实践技能。本实验是运用粘滞系数测定仪、激光光电计时仪、电子天平等仪器，利用斯托克斯定律，实验室测量适时温度下蓖麻油的粘滞系数。本实验设计不仅保留了经典的实验内容和技能，提高了测量的精准度，又扩大了学生的知识面，增强了学生动手能力，发射可见激光和光敏管组成的光电门，实验直观性好，兴趣性高，即有利于学生了解现代光电传感器的测量技术，又提高了实验教学水平。

1 实验目的

1）掌握用落球法测定液体粘滞系数的原理和方法；2）学会使用电子天平，并会称量固体、液体密度；3）用落球法实验仪测定液体实时温度下的粘滞系数。

2 实验器材

落球法粘滞系数测定仪，激光光电计时仪，电子天平，砝码，2mm小钢球，蓖麻油，米尺，千分尺，电子秒表，电子温度计等。

3 实验原理

6）正确连接好测定仪，悬挂重锤于横梁中央，调节底盘使重锤对准底盘中心；

7）打开电源调节上下两个激光发射器盒子，使激光束平行地对准锤线，并兼顾量筒放置方便；

8）收回重锤，将盛满蓖麻油的量筒旋转到实验架底盘中央，并在实验中保持位置不变；

9）调节上下两个激光接收器盒子，使接收器盒子上和激光光电计时仪上的指示灯不亮；

10）在横梁上安装导管，使其没入蓖麻油1mm～2mm左右，务请适当增减蓖麻油；

11）将测量过的小钢球用纯酒精清洗干净，用滤纸吸干待用；

12）打开粘滞系数测定仪，将未测量小钢球用镊子夹住轻轻放入导管，看其下落时是否能阻挡光线，看激光计时仪是否计时，若不能则适当调整激光器位置，反复调整直到小钢球下落能阻挡激光线，激光计时仪开始计时；

13）用电子温度计测量蓖麻油温度1 T；

14）用镊子将清洗过的小钢球夹住放入导管让其下落，同时人工用电子秒表计时；

15）重复第15步测量6次，读出激光计时器及电子秒表记录的下落时间；

6 注意事项

1）铅锤线要调至对准底盘中心，确保小球沿中心轴下落；2）上部激光盒要与量筒口留有一定的距离，尽量使小球下落的收尾速度为匀速运动；3）接收器上的发光管熄灭时，激光发射器与接收器对准；4）激光盒安装要兼顾量筒放置方便，导管要浸入液体中1mm～2mm左右；5）操作要小心、谨慎，防止导线缠绕或碰撞导致量筒滑落；6）连续测量时，放入小球的时间间隔稍长一些，但不能过长。

7 思考题

1）小球下落过程中，如何判断其做匀速运动？取同样2个小球，让其从距液面不同高度处下落，记录两次经过量筒中既定测量区域时，如果时间相等，则可判断小球在此区域下落为匀速运动。

2）实验中要求钢珠沿圆筒中心线下落，为什么？是保证让小球下落过程中受到液体各个方向上的粘滞力均衡，不致小球在下落过程中有旋转。

3）如果用表面粗糙的金属小球对实验结果会有影响吗？刚性且光滑的小球是斯托克斯定律成立的前提条件，所以当小球表面粗糙时对实验结果有影响。

4）用激光光电开关测量小球下落时间的方法测量液体粘滞系数有何优点？人工计时，观测者对小球下落经过刻线时位置判断不准确，造成计时不准，测量时间精度低，误差大；同时人工计时测量时间重复性差。

5）连续测量时，投放小球的时间间隔长短对实验是否有影响？如果连续测量会因为时间间隔太短，而造成以前由于小球下落时搅动的液体还未到静止状态，液体的湍流会对小球的运动过程产生很大影响；时间过长，周围环境温度会有变化，导致液体温度可能已经发生较大变化，造成实验测量值误差较大。

参考文献

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