信息学院计信2班组员：吴思琪娄丽梅李亚测定液体粘滞系数实验测量液体粘滞系数方法有多种，如多管落球法、转筒法、毛细管法等，其中落球法是最基本的一种，多管法又是其中一种。它是使用落球法测出小球下落时间，应用作图法结合外推法处理数据的方法，具有原理简单，实验方法
设计
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巧妙，仪器简单,操作方便，实验成本低，损耗小等优点，非常适合学生进行相关方面的实验。实验过程中，由于小球直径很小，操作方法不当,外界因素对温度等测量环境的影响，往往造成实验结果误差较大。【实验目的】1、在实验过程中，适当改进实验仪器和实验方法,以减小实验测量误差，提高测量结果的精确度。2、学会探究影响误差的因素，加以改进。【实验
内容
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】用斯托克斯公式测定液体的粘滞系数，探究其影响时间误差的因素，实验验证。【实验仪器与用具】液体粘滞系数仪、秒表、钢卷尺、镊子、钢球、磁铁、温度计、凸透镜、滴管、水泡水准器、读数显微镜【实验原理】根据斯托克斯定律，光滑的小球在无限广延的液体中运动时，当液体的粘滞性较大,小球的半径很小，且在运动中不产生旋涡,那么小球所受到的粘滞阻力f为f=-3nnvd。我们一般应用多管落球法来测量液体的粘滞系数。小球在液体中作自由下落时，受到三个力的作用，三个力都在垂直方向,即重力pgv、浮力pOgv、粘滞阻力f。开始下落时小球运动的速度较小，相应的阻力也小,重力大于粘滞阻力和浮力,所以小球作加速运动。由于粘滞阻力随小球的运动速度增加而逐渐增加，加速度也越来越小,当小球所受合外力为零时,趋于匀速运动，此时的速度称为收尾速度,记为V0。经计算可得液体的粘滞系数为n=(p-p0)gd2/18v0。为了测得V0,实验采用外推作图法来来求v0。实验中采用多管的液体粘滞系数仪，如图1所示。1多管液彳本粘滞系数仪用一组直径D不同的装有待测液体的管子，安装在同一水平底板上,每个管子上两刻线间的距离S均相等。依次测出小球通过管中的两刻线间所需的时间ti,以t为纵坐标轴，以1/D为横坐标轴，根据实验数据作出直线，延长该直线与纵轴相交,其截距为t0,就是当D—时,即在“无限广延”的液体中，小球匀速下落通过S所需时间。所以有v0=St0代入公式n=(P-P0)gd2/18v0就能求出液体的粘滞系数。【实验步骤与注意事项】1、调节实验装置底板，用水泡水准器观察使其水平，以保证玻璃管中心轴线处于铅直状态。2、用读数显微镜测量小球的直径，在不同地方测量5次取平均值。3、用镊子夹起小钢球，在所在液体中浸润一下，细心地放入第一根馆子上口的中心处，用秒表记录小球通过刻线的时间。【问题分析及改进方法】通过多次实验测量与分析发现，落球法测定液体粘滞系数实验中，主要实验误差来源于在测量过程中，小球在管子中下落时间的计时过程存在误差。而产生小球下落时间测量误差的因素主要有以下几方面：1、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。实验中为了保证小球半径远远小于管子直径，所用小球直径很小。在小球下落中,学生操作稍有疏忽，或者任何外力干扰，都会造成在小球真正经过刻度线时，学生没能及时开始计时或停止计时,即人为测量误差较大。虽然可以通过使用光电感应装置来代替人工计时，但必须加大小球的尺度，以达到光电仪器的敏感度。为了保证小球半径远远小于管子直径，小球尺度的增大，势必造成管子尺度的相应增大,这样虽然减小了相关读数误差,又会增加系统误差。为了既不增大小球直径，又能够尽可能的减小人为读数误差,我们将管子的管壁作了一个改进，如图2所示，在每个管子的刻线处,增加了一个凸透镜。通过这个凸透镜来观察测量，可以对待测物进行放大。这样每当小球下落经过刻线时，由于其尺度被放大，使学生可以仔细观察,能够做到在小球底部恰好到达刻线时开始和停止计时;又由于限定了观测范围,可以吸引学生集中注意力,避免了其它疏失误差，提高了读数的准确度。2、小球下落偏离轴线方向，管壁对小球运动状态影响加大，小球下落时应当尽可能在管子轴线上进行，才能最大限度的减少管壁对小球运动状态的影响。可是实验中，学生靠目测进行估计,往往不能准确判定管子的轴线方向。而且如果取放小球工具不当,会导致小球释放到管子中时,下落轨迹偏离轴线，从而增加管壁对小球运动状态的影响,产生很大误差。甚至有时由于操作失误,小球不能保证由静止开始下落，下落时带有水平初速度,这就更造成了许多不必要的误差。我们将取放小球工具改成使用滴管来将小球吸入，释放时只需使小球和液体同时在滴管口形成液滴，使之轻触待测管子的液面（这时需要注意不要有释放的初速度）,小球就可沿着预定路线自由下落了，不会再产生不必要的水平初速度，而且操作简单快捷。为了简单易行的确定管子轴线位置，我们在操作中，在管子的水平底板上画了一些直线，俯视图如图3。学生进行实验时，首先必须先调节好仪器底座水平，然后将头置于待测管子正上方，俯视管子时，可以看到直线交叉在管子横截面的圆心位置,对准这个位置释放小球,可以简单易行的保证了小球下落运动时沿着管子的轴线方向。3、外界环境变化对液体粘滞系数产生影响在观测过程中，由于实验者的影响，实验仪器周围环境温度会有变化，正常情况下,每分钟都会有0.2°C左右变化或更大，而每0.1°C的温度变化,都会造成液体粘滞系数的变化，这就要求实验者在实验时，对小球在管子中下落时间的测量过程安排要紧凑,应当尽可能集中在最短时间内完成。但是为了保持液体处于静止状态，每下落一粒小球要间隔一段时间，不能连续放小球下落。否则小球下落引起的液体湍流会严重干扰小球下落时间。本实验又要求多次进行测量，以减小偶然误差。所以这个测量间隔时间是非常重要的，时间过于短，会造成液体未处于静止状态；时间过长，液体温度可能已经发生较大变化。【数据记录与处理】小钢球的直径次数i2345678平均值dlT'flr筒径D(50.0)D(40.0)D(34.0)D(24.0)D(19.0)D(14.0)时间ts【实验
总结
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】考虑到以上因素,我们一般将测量过程设计为，首先充分做好准备工作，然后按照管子排列顺序，依次测量一次小球在每根管子中的下落时间，一轮测量完毕，马上进行下一轮测量，最后，待全部实验完成之后再统一用磁铁将全部小球吸引出来，以备进行下次实验。整个实验过程操作紧凑，不能有长时间中断。这样安排操作过程，既保证了测量过程中足够的间隔时间，又可以尽快完成测量。通过上述分析及改进
措施
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,明显的减小了相关因素对测量过程的影响，提高了测量结果的准确程度。同时，通过引导学生对实验过程的分析，以及采取相应的改进措施，提高了学生分析实验误差的能力和创新能力，解决实验中遇到的相关问题的能力。
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