浅析落球法测液体粘度的物理仿真实验
发布时间：2023-04-12 04:07:53 来源：文档文库
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浅析落球法测液体粘度的物理仿真实验翟万林【摘要】随着计算机技术和网络通信技术的高速发展,人类社会已进入了信息时代,计算机在各行各业得到了广泛应用,在物理实验和实验研究中也发挥着越来越重要的作用,如实验数据采集、数据处理、在线控制、实验仿真和模拟预测等.本文主要介绍了如何运用大学物理仿真实验软件测量操作《落球法测液体(蓖麻油粘度》实验,并对比分析了误差改善的原因.【期刊名称】《大学物理实验》【年(卷,期】2018(031001【总页数】4页(P27-30【关键词】落球法;液体粘度;物理仿真实验;实验教学【作者】翟万林【作者单位】西安科技大学,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】O4-33物理是一门实验的科学，物理定律的发现无不依赖实验。物理学习当然也离不开实验。在目前的物理实验教学中，由于实验仪器复杂、精密与昂贵，往往不能允许学生自行设计实验参数、反复调整仪器，这对学生剖析仪器性能和结构、理解实验的设计思想和方法是很不利的。大学物理仿真实验可在相当程度上弥补实验教学上这
方面的缺陷。大学物理仿真实验通过计算机把实验设备、教学内容、教师指导和学生的操作有机地融合为一体，可以达到实际实验难以实现的效果，实现了培养动手能力，学习实验技能，深化物理知识的目的[1-3]。鉴于此，我校理学院应用物理系的大学物理实验中心购置了中科大奥锐科技有限公司研制开发的《大学物理仿真实验2016版》软件。文章将采用其中的1个实验《落球法测液体(蓖麻油粘度》，运用仿真软件来完成这个实验，并且可对比运用实际实验仪器做出的实验效果[4,5]。1传统实验方式及误差分析首先，使用传统实验仪器，按照实验步骤认真的做完这次实验，但是计算结果以后，发现误差较大，百分误差在10%至20%左右。总结产生误差的原因如下：1千分尺和游标卡尺有零点误差导致测量小钢球直径和量筒内径时产生误差。2小钢球匀速下落间距S的时间测量是用肉眼观察，手动按秒表，人的反应时间会使测时不准，产生了误差。3实验用的量筒没有调节水平，小钢球就无法延量筒中心轴线垂直下落，从而产生误差。2仿真实验方式操作过程及数据处理在用传统方式做完实验以后，使用《大学物理仿真实验2016版》再次做了《落球法测液体(蓖麻油粘度》实验。在计算机上启动物理仿真实验大厅，可以看到该软件设计的实验包含了力学、热学、光学、电学、电磁学及近代物理学实验。我们选取其中力学的《落球法测液体(蓖麻油粘度》实验，可选读实验简介，实验原理，实验内容，实验仪器，在线演示等菜单栏内容。实验内容如下：1.检查仪器前面的水位管，将水箱水加到适当值平常加水从仪器顶部的注水孔注入。若水箱排空后第一次加水，应该用软管从出水孔将水经水泵加入水箱，以便排出水泵内的空气，避免水泵空转(无循环水流出或发出嗡鸣声。
2.设定PID参数若对PID调节原理及方法感兴趣，可在不同的升温区段有意改变PID参数组合，观察参数改变对调节过程的影响，探索最佳控制参数。若只是把温控仪作为实验工具使用，则保持仪器设定的初始值，也能达到较好的控制效果。3.测定小球直径用螺旋测微器测定小球的直径d，并记录测量结果，求出小球直径的平均值。4.测定小球在液体中下落速度并计算粘度(1温控仪温度达到设定值后再等约10分钟，使样品管中的待测液体温度与热水温完全一致，才能测液体粘度。(2用镊子夹住小球沿样品管中心轻轻放入液体，观察小球是否一直沿中心下落，若样品管倾斜，应调节其铅直。测量过程中，尽量避免对液体的扰动。(3在不同温度，用停表测量小球落经一段距离的时间t，并计算小球速度v0,计算粘度η。(4实验全部完成后，用磁铁将小球吸引至样品管口，用镊子夹入蓖麻油中保存，以备下次实验使用。具体操作如下：鼠标双击左侧菜单中实验名称，就可进入仿真实验场景，如图1。图1仿真实验场景该实验的液体温度参数可以通过仪器调控，如图2。图2PID温控实验仪实验中可调节液体温度至25,30,35,40,45,50,55摄氏度，分别测出不同温度下的液体粘度，调节温度如图3。图3调节液体温度当温度设置好后，就开始使用仿真千分尺测量小球直径的操作，测量八次，最终求得平均值，此值就作为小球的直径计算值，数据如表1。
表1小球直径次数12345678平均值d/mm1．5701．4501．4491．5691．4521．4851．
