朱天榮

摘 要 傳統(tǒng)方法測(cè)定液體粘滯系數(shù)，許多人為因素始終不可避免，如人工計(jì)時(shí)、主觀判斷量筒中軸線等，造成測(cè)量精度低，靈敏度差，落球測(cè)量時(shí)間重復(fù)性差等缺點(diǎn)。而采用落球法粘滯系數(shù)測(cè)定儀用現(xiàn)代半導(dǎo)體激光技術(shù)計(jì)時(shí)方法測(cè)定小球下落時(shí)間，克服了上述不足，不僅保留了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和技能，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的直觀性、興趣性，也擴(kuò)大了學(xué)生的知識(shí)面，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。

關(guān)鍵詞 落球法；液體；粘滯系數(shù)；實(shí)驗(yàn)；研究

中圖分類號(hào) R4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 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(dòng)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(xì)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(huì)引起許多心血管疾病的發(fā)生，臨床上常用測(cè)量血粘度的大小來(lái)判斷人體血液健康程度，同時(shí)也是疾病診斷的重要標(biāo)志之一。因此，學(xué)會(huì)準(zhǔn)確測(cè)定液體粘滯系數(shù)也是醫(yī)學(xué)生必須掌握的實(shí)踐技能。本實(shí)驗(yàn)是運(yùn)用粘滯系數(shù)測(cè)定儀、激光光電計(jì)時(shí)儀、電子天平等儀器，利用斯托克斯定律，實(shí)驗(yàn)室測(cè)量適時(shí)溫度下蓖麻油的粘滯系數(shù)。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不僅保留了經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和技能，提高了測(cè)量的精準(zhǔn)度，又?jǐn)U大了學(xué)生的知識(shí)面，增強(qiáng)了學(xué)生動(dòng)手能力，發(fā)射可見(jiàn)激光和光敏管組成的光電門(mén)，實(shí)驗(yàn)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(cè)量技術(shù)，又提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1）掌握用落球法測(cè)定液體粘滯系數(shù)的原理和方法；2）學(xué)會(huì)使用電子天平，并會(huì)稱量固體、液體密度；3）用落球法實(shí)驗(yàn)儀測(cè)定液體實(shí)時(shí)溫度下的粘滯系數(shù)。

2 實(shí)驗(yàn)器材

落球法粘滯系數(shù)測(cè)定儀，激光光電計(jì)時(shí)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(jì)等。

3 實(shí)驗(yàn)原理

6）正確連接好測(cè)定儀，懸掛重錘于橫梁中央，調(diào)節(jié)底盤(pán)使重錘對(duì)準(zhǔn)底盤(pán)中心；

7）打開(kāi)電源調(diào)節(jié)上下兩個(gè)激光發(fā)射器盒子，使激光束平行地對(duì)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)架底盤(pán)中央，并在實(shí)驗(yàn)中保持位置不變；

9）調(diào)節(jié)上下兩個(gè)激光接收器盒子，使接收器盒子上和激光光電計(jì)時(shí)儀上的指示燈不亮；

10）在橫梁上安裝導(dǎo)管，使其沒(méi)入蓖麻油1mm～2mm左右，務(wù)請(qǐng)適當(dāng)增減蓖麻油；

11）將測(cè)量過(guò)的小鋼球用純酒精清洗干凈，用濾紙吸干待用；

12）打開(kāi)粘滯系數(shù)測(cè)定儀，將未測(cè)量小鋼球用鑷子夾住輕輕放入導(dǎo)管，看其下落時(shí)是否能阻擋光線，看激光計(jì)時(shí)儀是否計(jì)時(shí)，若不能則適當(dāng)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(jì)時(shí)儀開(kāi)始計(jì)時(shí)；

13）用電子溫度計(jì)測(cè)量蓖麻油溫度1 T；

14）用鑷子將清洗過(guò)的小鋼球夾住放入導(dǎo)管讓其下落，同時(shí)人工用電子秒表計(jì)時(shí)；

15）重復(fù)第15步測(cè)量6次，讀出激光計(jì)時(shí)器及電子秒表記錄的下落時(shí)間；

6 注意事項(xiàng)

1）鉛錘線要調(diào)至對(duì)準(zhǔn)底盤(pán)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(yùn)動(dòng)；3）接收器上的發(fā)光管熄滅時(shí)，激光發(fā)射器與接收器對(duì)準(zhǔn)；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(jǐn)慎，防止導(dǎo)線纏繞或碰撞導(dǎo)致量筒滑落；6）連續(xù)測(cè)量時(shí)，放入小球的時(shí)間間隔稍長(zhǎng)一些，但不能過(guò)長(zhǎng)。

7 思考題

1）小球下落過(guò)程中，如何判斷其做勻速運(yùn)動(dòng)？取同樣2個(gè)小球，讓其從距液面不同高度處下落，記錄兩次經(jīng)過(guò)量筒中既定測(cè)量區(qū)域時(shí)，如果時(shí)間相等，則可判斷小球在此區(qū)域下落為勻速運(yùn)動(dòng)。

2）實(shí)驗(yàn)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(guò)程中受到液體各個(gè)方向上的粘滯力均衡，不致小球在下落過(guò)程中有旋轉(zhuǎn)。

3）如果用表面粗糙的金屬小球?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)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(dāng)小球表面粗糙時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響。

4）用激光光電開(kāi)關(guān)測(cè)量小球下落時(shí)間的方法測(cè)量液體粘滯系數(shù)有何優(yōu)點(diǎn)？人工計(jì)時(shí)，觀測(cè)者對(duì)小球下落經(jīng)過(guò)刻線時(shí)位置判斷不準(zhǔn)確，造成計(jì)時(shí)不準(zhǔn)，測(cè)量時(shí)間精度低，誤差大；同時(shí)人工計(jì)時(shí)測(cè)量時(shí)間重復(fù)性差。

5）連續(xù)測(cè)量時(shí)，投放小球的時(shí)間間隔長(zhǎng)短對(duì)實(shí)驗(yàn)是否有影響？如果連續(xù)測(cè)量會(huì)因?yàn)闀r(shí)間間隔太短，而造成以前由于小球下落時(shí)攪動(dòng)的液體還未到靜止?fàn)顟B(tài)，液體的湍流會(huì)對(duì)小球的運(yùn)動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生很大影響；時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，周圍環(huán)境溫度會(huì)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(shí)驗(yàn)測(cè)量值誤差較大。

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