液体表面张力系数测定物理实验

液体表面张力系数的测定实验报告实验目的】1 学会用拉脱法测定液体的表面张力系数2 了解焦利氏秤的构造和使用方法。3 通过实验加深对液体表面现象的认识。【实验仪器】焦利氏秤1把，U形金属环1条，砝码1盒，镊子1把，玻璃皿1个，温度 计1支，酒精灯1个，蒸馏水100ml，游标尺1把。【实验原理】 由于液体分子与分子间的相互作用，使液体表面 层形成一张紧的膜，其上作用着张力，叫做表面张力。 设想在液面上作长为L的线段，线段两侧便有张力f 相互作用，其方向与L垂直，大小与线段长度L成正 比，如图 3-1 所示。即有f L图 3-1式中a为表面张力系数，其单位为N/m。表面张力系数是研究液体表面性质所要用到的物理量，不同种类的液体，a值 不同；同一种液体的a值随温度上升而减小；液体不纯净，a值也会改变。因此， 在测定a值时必须注明在什么温度下进行，液体必须保持纯净。测量表面张力系数a的方法很多，本实验用拉脱法测定。F - mg3-2)兀（d 1 + d 2）本实验用焦利氏秤测出 F ，然后代 入式（3-2）计算出 a 值。1一弹箕；2配亶圆柱4一游标尺；5磁码托盘实验步骤】将环形金属环浸入液体中，然后慢慢拉起， 这时在金属环内带起了一层薄膜，如图 3-2 所示 要想使金属环由液面拉脱，必须用一定的力F。F = mg + f 1 + f 2 （注意有两个表面）二、 仪器构造焦利氏秤实际上就是一个比较精确 的弹簧秤，焦利氏秤的构造如图所示， 用焦利氏秤测力是根据胡克定律F = k Ax式中， k 为弹簧的劲度系数，等于弹簧 伸长单位长度的拉力 , Ax 为弹簧伸长 量，如果已知k值，再测定弹簧在外力作用下的伸长量Ax，就可以算出作用力F的大小。半台高虔的卜离度的微调旋钮；9水平测节10-谢 1巧游标高IQ.的曲谟I $11 一调游标高度的小螺12小俺子;13 主尺一、 k 值的测定1按图3-3 挂好弹簧，小指针和砝码盘，再调节底板三角底座上的螺丝，使 小指针处于镜子中，能上下自由振动且不与镜子相碰；2. 调节旋钮D,使镜子上的标线处于“三线重合”位置（镜子刻线、小指针 和小指针的像重合），读出标尺上的读数xo。如弹簧振动不停，可将镊子靠在弹 簧上端，轻轻阻挡弹簧，即可停止振动；3在砝码盘上加 1.0g、 2.0g、 3.0g、 4.0g、 5.0g、 6.0g、 7.0g、 8.0g、 9.0g 的砝码， 调节小游标， 当刻线重新处于“三线重合” 位置时， 读出读数L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9；;4再 加 入 1.0g 砝 码 ， 然 后 依 次 取 出 1.0g 砝 码 ， 分 别 记 下L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9; ，取二者平均值，用逐差法求出弹簧的劲 123456789度系数。即i=0k=(Li + 5-L)5mgAL二、 F-mg 的测定1. 先用洗涤液，再用蒸馏水洗净玻璃皿，把装有蒸馏水的玻璃皿放在平台上。 用镊子夹住金属环在洒精灯上烧干，再挂在挂钩上；2调节旋钮，使镜子刻线处于“三线重合”位置，读出标尺上的读数S 0 ；3. 调节旋钮，让金属环的水平部分和液面接触(水平部分如果和液面不行， 可用镊子调整金属环几次)；4观察镜子刻线是否在“三线重合”位置，如果不在，继续调节旋钮，直至 标线处于“三线重合”位置；5.在镜子刻线始终处于“三线重合”的情况下拉脱液膜，读出读数S1。这个 过程的动作应缓慢，旋转旋钮使平面台微降，液膜被拉起，这时弹簧伸长，再不 断旋转旋钮控制平台，直至液膜恰好破灭；6重复步骤2、3、4、5共5次，将数据记入表3-2中；7.用游标尺测出金属环的内外直径d1 = 33.04mm、d2 = 34.94mm；F mg = k ASk ASa =兀(d 1 + d 2)数据记录与处理】1. 利用上式计算出k、a。2. 根据温度T,在a-T表上查出该温度下水的表面张力系数a o，与所测量的a作比较，算出百分误差。表 3-1 k 值的测定砝码质量/g增重读数Li /mm减重读数L i /mm平均值Li /mm0.0218.00218.00218.001.0221.08221.12221.102.0223.64223.66223.653.0226.50226.52226.514.0229.36229.40229.385.0232.46232.48232.476.0235.38235.42235.407.0238.34238.38238.368.0241.44241.48242.469.0244.36244.40244.38A L = 14.886 mmAAAL*竺=0.37138*1.204 = 0.4471 mmAB 二 0.02mmAal = ： AA2 al + AB2 = 0.4472 mmAL = A L A = 14.886 土 0.4472mmALk = 3.29 N/m（g=9.8）表 3-2 F 的测定a 0 = 0.0733 N / m次数初始位置S0/mm水膜破裂时读数x/mm弹簧的伸长AS /mm1202.34206.824.482202.40207.304.503200.04204.524.484201.84206.364.525201.46206.024.561仝AS = _ AS. = 4.508mm5i (AS-AS.)2i tAA “ = 4=0.033466*1.204 = 0.0403mmAS5 -1 、辽AB 二 0.02mmA = pAA + AB 2 = 0.04472mmASASAS =A S A = 4.508 土 0.04472mmASa = 3.29* 4.508/(3.14* 67.98) = 0.06948N / mrxa,相对不确定度 卩“=：(-AL)2 + (_AS)2 =“0.000982 = 0.0313mmAa A LA S不确定度 Aa=a-x = 0.06948*0.0313 = 0.00217N/m张力系数 a=a_a = 0.069480.00217N/m百分误差=-a 0 x 100%=_5.2%a0【附表及实验数据】表3-3水对空气的a 0 - T表/ O T / Ca /n - m-10/ O T / Ca /n - m-1020.0750220.072240.0766240.071960.0766260.071780.0764280.0714100.0761300.0711120.0757320.0709140.0754340.0705160.0733360.0702180.0730380.0698200.0725400.0695