[发明专利]一种测量液体粘滞系数的实验装置及其实验方法

说明书

本发明公开一种测量液体粘滞系数的实验装置及其实验方法；实验装置包括激光器、水槽、换能器、观察屏、稳定机械振源、米尺以及量角器。利用简单的实验装置，在实验室的条件下，只要能提供稳定的光波与水波，就可以得到明显的衍射图案；充分利用波的衍射特性，实现对水波的研究，再由水波的递减得到水的粘滞系数；装置设计巧妙，扬声器表面振动膜的振动带动大头针振动，从而带动水面在大头针的周围形成同心圆式的水波只要控制音频信号稳定，就能产生稳定水波，从而能产生清晰稳定的衍射图案，装置结构简明，层次分明，功能设计精巧；现象明显，通过激光与水波的衍射效应，将微小难以测量的水波，通过方便观测与测量的衍射图像展示出来。

技术领域

本发明涉及一种实验装置，具体为一种测量液体粘滞系数的实验装置及其实验方法。

背景技术

液体的粘滞系数又称为内摩擦系数或粘度。是描述液体内摩擦力性质的一个重要物理量。它表征液体反抗形变的能力，只有在液体内存在相对运动时才表现出来。液体粘滞系数是表征液体反抗形变能力的重要参数，在生产、生活、工程技术及医学方面有着重要的应用。粘滞系数的测量方法很多，有落球法、毛细管法、转筒法等，其中落球法是最基本的一种方法，用落球法测定液体的粘滞系数只适用于测量粘滞系数较大的透明或半透明液体，如蓖麻油、甘油等，但是落球法粘滞系数实验中存在的诸多弊端，如小球释放凭经验、人工秒表计时误差较大等。

鉴于此，本发明提出一种利用光的衍射方法测量液体粘滞系数的实验装置及其实验方法。

发明内容

为解决以上现有问题，本发明提供一种测量液体粘滞系数的实验装置及其实验方法。本发明通过以下技术方案实现。

一种测量液体粘滞系数的实验装置；

所述实验装置包括激光器、水槽、换能器、观察屏、稳定机械振源、米尺以及量角器；

所述水槽底部衬设有黑纸；所述换能器置于所述水槽内，与所述激光器的入射光线位于同一水平线上；所述观察屏位于入射光点处；所述稳定机械振源由音箱和大头针组成，音箱由手机端遥控控制。

进一步的，所述激光器为He-Ne激光器，波长为632.8nm。

一种测量液体粘滞系数的实验方法，包括以下步骤：

S1，用一个音频信号发生器输出正弦音频信号驱动扬声器，使得扬声器表面振动膜的振动带动大头针振动，从而形成稳定的机械振源，带动水面在大头针的周围形成稳定的同心圆式的水波；

S2，向水槽装入水，使水面将要接触大头针表面。水槽和激光器置于防震台上，以减轻环境噪声的影响，水槽底部衬有黑纸来消除激光束经水面折射后的光线；

S3，打开激光器将一束波长为632.8nm的He-Ne激光，直接照射到液体表面上，位于针尖附近，并使入射点稍远离大头针而入射面与大头针较接近却又不通过大头针。入射角为1.436rad，液面上入射光斑为一椭圆形,长短轴分别为17mm和2.3mm,长轴与表面波传播方向平行；

S4，设立观察屏，测量入射光点与观察屏间的距离为8.19m。

S5，关灯，调节声波频率、大小，直到屏幕上出现清晰的衍射图样，用光强仪测量每一级衍射光斑的光强；

S6，多次改变振源的位置，每次改变5mm，其它实验条件不变，重复S5。

本发明的有益效果：利用简单的实验装置，在实验室的条件下，只要能提供稳定的光波与水波，就可以得到明显的衍射图案；充分利用波的衍射特性，实现对水波的研究，再由水波的递减得到水的粘滞系数；装置设计巧妙，扬声器表面振动膜的振动带动大头针振动，从而带动水面在大头针的周围形成同心圆式的水波只要控制音频信号稳定，就能产生稳定水波，从而能产生清晰稳定的衍射图案，装置结构简明，层次分明，功能设计精巧；现象明显，通过激光与水波的衍射效应，将微小难以测量的水波，通过方便观测与测量的衍射图像展示出来。