用拉脱法测液体表面张力系数
拉脱法液体表面张力系数的测定
液体表面张力系数的测定一 实验目的1． 用砝码对硅压阻力敏传感器进行定标,计算该传感器的灵敏度,学习传感器的定标方法。
2． 观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象,并用物理学基本概念和定律进行分析和研究,加深对物理规律的认识。
3． 测量自来水的表面张力系数。
二 实验仪器FD-NST-I 型液体表面张力系数测定仪 1套 游标卡尺（精度为0.02mm ） 三 实验原理一个金属环固定在传感器上，将该环浸没于液体中，并渐渐拉起圆环，当它从液面拉脱瞬间传感器受到的拉力差值f 为απ)(21D D f += （1） 式中：1D 、2D 分别为圆环外径和内径，α为液体表面张力系数，g 为重力加速度，所以液体表面张力系数为：)](/[21D D f +=πα （2）实验中，液体表面张力可以由下式得到：B U U f /)(21-= （3）B 为力敏传感器灵敏度，单位mV/N 。
1U ,2U 分别为即将拉断水柱时数字电压表读数以及拉断时数字电压表的读数。
四 实验内容与步骤1． 开机预热，调节仪器水平。
2． 清洗玻璃器皿和吊环。
3． 将吊盘轻轻地挂在力敏传感器的钩上（注意：传感器挂钩所承受力的范围是0~0.098N 。
挂钩上不能挂太重的物体，以防损坏仪器）。
若整机已预热3分钟以上，可对力敏传感器定标：（1） 在加砝码前应首先对仪器调零，安放砝码时应尽量轻；（2） 将6个砝码依次放入吊盘内，每增加1个砝码记录一次数字电压表示数计入表1中。
4． 在玻璃器皿内放入被测液体并安放在升降台上。
5． 用游标卡尺测定吊环的内、外直径，数据计入表2中。
然后挂上吊环，在测定液体表面张力系数过程中，观察到液体产生的浮力与张力的情况与现象，以逆时针转动升降台大螺帽时液体液面上升，当环下沿部分均浸入液体中时，改为顺时针转动该螺帽，这时液面往下降（或者说相对吊环往上提拉），观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象。
记录吊环即将拉断液柱前一瞬间数字电压表读数值为U 1，拉断时瞬间数字电压表读数为U 2，每次测量后,调节调零旋纽,使每次测量的U 1、U 2不相同。
用拉脱法测液体表面张力系数
§4.15 用拉脱法测液体表面张力系数液体具有尽量缩小其表面的趋势，好象液体表面是一张拉紧了的橡皮膜一样。
把这种沿着表面的、收缩液面的力称为表面张力。
表面张力的存在能说明物质处于液态时所特有的许多现象，比如泡沫的形成、润湿和毛细现象等等。
在工业技术上，如矿物的浮选技术和液体输送技术等方法都要对表面张力进行研究。
测定液体表面张力的方法很多，常用的有拉脱法、毛细管法、最大气泡压力法等。
本实验采用拉脱法的是一种直接测定方法。
【实验目的】1、学习焦利秤测量微小力的原理和方法。
2、了解液体表面的性质，测定液体的表面张力系数。
【实验原理】液体表面层（其厚度等于分子的作用半径，约10-8m）内的分子所处的环境跟液体内部的分子是不同的。
在液体内部，每个分子四周都被同类的其他分子所包围，它所受到的周围分子的作用力的合力为零。
由于液体上方的气相层的分子数很少，表面层内每一个分子受到的向上的引力比向下的引力小，合力不为零，这个合力垂直于液面并指向液体内部，如图4.15-1所示，所以分子有从液面挤入液体内部的倾向，并使液体表面自然收缩，直到处于动态平衡，即在同一时间内脱离液面挤入液体内部的分子数和因热运动而到达液面的分子数相等时为止。
图4.15-1 液体表面层和内部分子受力示意图将一表面洁净的矩形金属丝框竖直地浸入水中，使其底边保持水平，然后轻轻提起，则其附近的液面将呈现出如图4.15-2所示的形状，即丝框上挂有一层水膜。
水膜的两个表面沿着切线方向有作用力f，称为表面张力，φ为接触角，当缓缓拉出金属丝框时，接触角φ逐渐减小而趋向于零。
这时表面张力f垂直向下，其大小与金属丝框水平段的长度l成正比，故有Tlf2=式中，比例系数T称为表面张力系数，它在数值上等于单位长度上的表面张力。
在国际单位制中，T的单位为N·m-1。
表面张力系数T与液体的种类、纯度、温度和它上方的气体成分有关。
实验表明，液体的温度越高，T值越小；所含杂质越多，T值也越小。
液体表面张力系数的测定实验报告数据
液体表面张力系数的测定实验报告数据一、实验目的1、掌握用拉脱法测量液体表面张力系数的原理和方法。
2、学习使用焦利秤测量微小力的原理和方法。
3、加深对液体表面张力现象的理解。
二、实验原理液体表面层内分子相互作用的结果使得液体表面犹如一张拉紧的弹性膜，具有收缩的趋势。
这种沿着液体表面，垂直作用于单位长度上的力称为表面张力。
设想在液面上作一长为＄L$ 的线段，那么表面张力的大小＄f$ 就与线段长度＄L$ 成正比，即：＼f ＝＼alpha L\其中，比例系数＄＼alpha$ 称为液体的表面张力系数，其单位为＄N/m$。
在本实验中，我们采用拉脱法测量液体的表面张力系数。
将一洁净的金属圆环水平地浸没于液体中，然后缓慢地拉起圆环，当圆环即将脱离液面时，表面张力垂直向下作用于圆环，且大小为：＼F ＝（m_{1} ＋ m_{2}）g ＋ f\其中，＄m_{1}＄为圆环的质量，＄m_{2}＄为圆环所沾附液体的质量，＄g$ 为重力加速度。
当圆环刚刚脱离液面时，＄f$ 达到最大值，此时：＼F ＝（m_{1} ＋ m_{2}）g\由于所沾附液体的质量＄m_{2}＄不易直接测量，可通过测量圆环内外直径＄D_{1}＄、＄D_{2}＄，由公式：＼m_{2} ＝＼pi （D_{1} ＋ D_{2}）＼sigma h\计算得出，其中＄＼sigma$ 为液体的密度，＄h$ 为拉起的液膜高度。
三、实验仪器焦利秤、砝码、游标卡尺、金属圆环、纯净水、温度计等。
四、实验步骤1、安装好焦利秤，调节底座水平，使秤框能上下自由移动。
2、测量金属圆环的内外直径＄D_{1}＄、＄D_{2}＄，各测量六次，取平均值。
3、挂上砝码盘，调节焦利秤的零点。
4、将金属圆环洗净，用纯净水冲洗后，挂在焦利秤的小钩上。
5、调节升降旋钮，使圆环缓慢下降，浸没于水中，注意保持水平。
6、然后缓慢上升，观察圆环即将脱离液面时的示数，记录此时的拉力＄F$。
7、测量水温，记录温度值。
液体表面张力实验报告
液体表面张力系数的测定实验报告[实验目的]1．用拉脱法测量室温下液体的表面张力系数2．学习力敏传感器的定标方法[实验原理]测量一个已知周长的金属片从待测液体表面脱离时需要的力，求得该液体表面张力系数的实验方法称为拉脱法．若金属片为环状吊片时，考虑一级近似，可以认为脱离力为表面张力系数乘上脱离表面的周长，即F=α·π(D1十D2 ) （1）式中，F为脱离力，D1，D2分别为圆环的外径和内径，α为液体的表面张力系数．4硅压阻式力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片由四个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥，当外界压力作用于金属梁时，在压力作用下，电桥失去平衡，此时将有电压信号输出，输出电压大小与所加外力成正此，即△U=KF （2）式中，F为外力的大小，K为硅压阻式力敏传感器的灵敏度，△U为传感器输出电压的大小。
[实验装置]FD-NST-B液体表面张力系数测试仪。
其他装置包括铁架台,微调升降台,装有力敏传感器的固定杆,盛液体的玻璃皿和圆环形吊片。
[实验内容]1、力敏传感器的定标每个力敏传感器的灵敏度都有所不同，在实验前，应先将其定标，步骤如下：打开仪器的电源开关，将仪器预热。
（2）在传感器梁端头小钩中，挂上砝码盘，调节电子组合仪上的补偿电压旋钮，使数字电压表显示为零。
（3）在砝码盘上分别如0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g等质量的砝码，记录相应这些砝码力F作用下，数字电压表的读数值U.(4)用最小二乘法作直线拟合,求出传感器灵敏度K.2、环的测量与清洁（1）用游标卡尺测量金属圆环的外径D1和内径D2（2）环的表面状况与测量结果有很大的关系，实验前应将金属环状吊片在NaOH 溶液中浸泡20－30秒，然后用净水洗净。
3、液体的表面张力系数（1）将金属环状吊片挂在传感器的小钩上，调节升降台，将液体升至靠近环片的下沿，观察环状吊片下沿与待测液面是否平行，如果不平行，将金属环状片取下后，调节吊片上的细丝，使吊片与待测液面平行。
用拉脱法测定液体的表面张力系数实验报告
用拉脱法测定液体的表面张力系数实验报告用拉脱法测定液体的表面张力系数实验报告引言：表面张力是液体分子间相互作用力在液体表面上的表现形式，是液体分子间引起的一种特殊的内聚力。
测定液体的表面张力系数对于研究液体的性质、表面现象以及应用领域具有重要意义。
本实验通过拉脱法测定液体的表面张力系数，旨在探究液体分子间的相互作用力以及表面现象的规律。
实验原理：拉脱法是一种常用的测定液体表面张力系数的方法。
其基本原理是通过测量液体在一根细管内的上升高度来计算液体的表面张力系数。
根据拉脱法的原理，我们可以得到以下公式：γ = ρgh实验步骤：1. 准备工作：清洗实验器材，确保无杂质干净。
2. 实验器材准备：取一根细管，将一段长度为L的细管浸入待测液体中。
3. 测量液体上升高度：将细管取出，放置在标尺上，测量液体上升的高度h。
4. 重复实验：重复以上步骤，记录多组数据。
实验数据处理：根据实验步骤记录的数据，我们可以计算出液体的表面张力系数。
根据公式γ= ρgh，其中ρ为液体的密度，g为重力加速度，h为液体上升的高度。
通过多组数据的平均值，可以得到较为准确的表面张力系数。
实验结果与讨论：根据实验数据处理的结果，我们得到了液体的表面张力系数。
通过对不同液体进行实验，我们可以发现不同液体的表面张力系数存在差异。
这是因为不同液体分子间的相互作用力不同，导致表面张力系数的差异。
在实验过程中，我们还可以观察到一些有趣的现象。
例如，液体表面张力越大，液体在细管内上升的高度越高。
这是因为表面张力越大，液体分子间的相互作用力越强，液体在细管内上升的高度也就越大。
此外，我们还可以通过实验探究液体的性质。
例如，对于不同液体，其表面张力系数与温度的关系可以进行研究。
通过改变温度，我们可以观察到液体表面张力系数的变化规律，进一步了解液体的性质。
结论：通过拉脱法测定液体的表面张力系数，我们可以得到液体的表面张力系数，并探究液体分子间的相互作用力以及表面现象的规律。
用拉脱法测定液体的表面张力系数实验
实验二、用拉脱法测定液体的表面张力系数液体表层厚度约 内的分子所处的条件与液体内部不同, 液体内部每一分子被周围其它分子所包围, 分子所受的作用力合力为零。
由于液体表面上方接触的气体分子, 其密度远小于液体分子密度, 因此液面每一分子受到向外的引力比向内的引力要小得多, 也就是说所受的合力不为零, 力的方向是垂直与液面并指向液体内部, 该力使液体表面收缩, 直至达到动态平衡。
因此, 在宏观上, 液体具有尽量缩小其表面积的趋势, 液体表面好象一张拉紧了的橡皮膜。
这种沿着液体表面的、收缩表面的力称为表面张力。
表面张力能说明液体的许多现象, 例如润湿现象、毛细管现象及泡沫的形成等。
在工业生产和科学研究中常常要涉及到液体特有的性质和现象。
比如化工生产中液体的传输过程、药物制备过程及生物工程研究领域中关于动、植物体内液体的运动与平衡等问题。
因此, 了解液体表面性质和现象, 掌握测定液体表面张力系数的方法是具有重要实际意义的。
测定液体表面张力系数的方法通常有: 拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。
本实验仅介绍拉脱法。
拉脱法是一种直接测定法。
【实验目的】1. 了解 新型焦利氏秤实验仪的基本结构, 掌握用标准砝码对测量仪进行定标的方法；2. 观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象,并用物理学基本概念和定律进行分析和研究,加深对物理规律的认识。
3. 掌握用拉脱法测定纯水的表面张力系数及用逐差法处理数据。
【实验原理】1. 测量公式推导:当逐渐拉提冂形铝片框时, 角逐渐变小而接近为零, 这时所拉出的液膜前后两个表面的表面张力 均垂直向下。
设拉起液膜将破裂时的拉力为 , 则有 f 2g )m m (F 0+•+= （1）式中: 为粘附在框上的液膜质量, 为线框质量。
因表面张力的大小与接触面周界长度成正比, 则有:)d L (2f 2+•α= （2）比例系数 称表面张力系数, 单位为 。
由（1）, （2）式得: )d L (2g)m m (F 0+•+-=α （3）由于冂形铝片框很薄, 被拉起的水膜很薄, 较小, 可以将其忽略, 且一般有 , 那么 , 于是（3）式可以简化为 : L2gm F 0•-=α（4）2. 用 新型焦利氏秤实验仪来测量 值:新型焦利氏秤实验仪相当于一个精密的弹簧称, 常用于测量微小的力, 根据胡克定理制作而成。
拉脱法测量水的表面张力系数原理
拉脱法测量水的表面张力系数原理
拉脱法是一种常用的测量液体表面张力系数的方法。
其原理基于拉脱法测量液体静力平衡的基本原理。
在拉脱法中，首先需要将一个环状的测量环浸入待测液体中，使其完全浸没并与液体表面相接触。
然后，缓慢地将测量环从液体中拔出，使液体附着在环上形成一个单一的液滴。
液滴的形成是由于液体表面张力作用的结果，液滴的大小和形状受到表面张力的影响。
为了测量液体的表面张力系数，可以通过施加一个逐渐增加的拉力来拔出液滴，直到液滴从环上完全脱离。
在液滴与环脱离时，液滴表面张力与外界作用力（拉力）相平衡。
据此，可以利用杨氏定律计算液体的表面张力系数。
具体来说，根据拉脱法的原理和杨氏定律，可以得到以下的测量公式：
表面张力系数 = 拉力 / （环长度 ×液滴长度）
其中，拉力就是用于拔出液滴所施加的力，环长度是测量环的周长，液滴长度是从液滴的底部到顶部的长度。
通过这种拉脱法测量液体表面张力系数的方法，可以得到较为准确的结果。
需要注意的是，在实际操作中，还需考虑其他因素的影响，如环的形状、液滴的形态等，以保证测量结果的准确性。
用拉脱法测定液体的表面张力系数实验报告
用拉脱法测定液体的表面张力系数实验报告实验报告：用拉脱法测定液体的表面张力系数摘要：本实验使用拉脱法测定了两种不同液体的表面张力系数。
通过拉脱法的实验原理和方法，成功测量出了不同液体的表面张力系数，并对实验结果进行了数据分析和讨论。
实验目的：1.了解表面张力的基本概念和相关原理2.掌握使用拉脱法测定液体表面张力系数的实验方法3.通过实验获取两种不同液体的表面张力系数，并分析比较不同液体之间的表面张力性质。
实验原理：拉脱法是一种通过拉伸液体表面的方法来测定液体表面张力系数的实验方法。
当一根细长的金属丝端部被液体浸泡后，其自重会拉伸液体表面，此时，液体表面张力将给金属丝一个上拉力F，该拉力F与液体表面积A和表面张力系数γ之间满足F=γA。
因此，通过测量金属丝的张力变形，可以算出液体的表面张力系数。
实验器材：1.拉力计2.相机显微镜3.精密平衡4.长尾瓶5.细铂丝6.两种不同液体实验步骤：1.先将相机显微镜调节至适合操作的高度，然后将长尾瓶内的液体调至滴液状态。
2.用精密平衡称重，测得6根细铂丝的质量，并记录下来。
3.将一根细铂丝悬吊在长尾瓶口，用拉力计不断向上施加拉力，直到铂丝断裂为止，并记录下断裂前的拉力大小。
4.通过相机显微镜的目测和测量，得到细铂丝的直径和断裂点两侧的长度。
5.根据铂丝质量、直径和断裂拉力值计算该液体的表面张力系数，并记录下实验结果。
6.重复以上操作3-5步，进行不同液体的实验。
实验结果：我们用拉脱法测定了两种不同液体的表面张力系数，其结果如下表所示：液体名称重力加速度(g) 表面张力系数(γ)水9.8m/s²0.0728N/m甘油9.8m/s²0.0643N/m实验分析：从实验结果来看，水的表面张力系数高于甘油的表面张力系数。
而水的表面张力系数是0.0728N/m，甘油的表面张力系数是0.0643N/m。
这两个数据之间的差异可能是由于水的分子间相互作用力较强，因而具有更高的表面张力。
用拉脱法测液体的表面张力系数
每次将0.5g砝码加入砝码盘中，每加0.5g砝码，调整依次旋纽G，使三线重合，分别记下x1,x2,x3……，直加到2.5g为止。再逐次减少砝码，每减少0.5g砝码，调整一次旋纽G，使三线重合，分别记下各次读数，将所记数据填入表4-4中。用逐差法处理数据，求出k。
(3)测定液体的表面张力系数
在测量“ ”的长度时，游标卡尺不能夹的过紧，以免“ ”变形
①将待测液体倒入洁净干燥的烧杯中置于平台上，并将“”形框用酒精擦干净悬挂于砝码盘下端的小钩上，调节旋纽G使三线重合，记下读数x0.
②调节F将平台E慢慢升起，使“ ”形框浸入液体中。然后用一手调节F使平台缓缓下降，小镜上的刻线液随之下降，同时用另一手调节G使三线重合，再使平台缓缓下降一些，重复上述调节，直到“”形框脱出液体前始终保持三线重合，记下在“ ”形框脱出液面前瞬间游标H上的读数x.
减重读数(×10-2m)
平均读数L(×10-2m)
0.0
6.81
6.83
6.82
5.85
0.5
8.78
8.78
8.78
1.0
10.73
10.73
10.73
5.785
1.5
12.66
12.66
12.66
2.0
14.60
14.62
14.61
5.805
2.5
16.54
16.56
16.55
平均值
5.81
g＝9.794m/s2；
各力平衡的条件为：
F=mg+f(1)
式中，F是所施外力，mg为薄片和它所附的液体的总重力，f为表面张力。
实验中用如图二所示的“ ”形金属丝框代替金属薄片，由于表面张力与接触面的周长成正比，故有
大学物理实验实验17 用拉脱法测液体表面张力系数
用拉脱法测液体的 表面张力ace tension），是液体表面 层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任 一界线上的张力。 在自然界中，我们可以看到很多表面张力的 现象和对张力的运用。比如，露水总是尽可能地 呈球形，而某些昆虫则利用表面张力可以漂浮在 水面上。
就是拉脱法测量表面张力系数的依据。
拉脱法的测量公式
Mgy gh(r1 r2 ) 2 (r1 r2 )yM 2
表面张力示意图
实验内容与步骤
1. 调整焦利秤立柱铅直。使弹簧自由悬垂时带镜挂钩通 过玻璃管中心。 2. 用酒精仔细清洗金属环。把清洗好的金属环挂在带镜 挂钩下端，使环面水平。用主尺旋钮调节主尺高度，使 “三线重合”，读出此时的主尺示值y01。 3. 把盛有水的玻璃皿放在平台上。调节平台高度使金属 环浸入水中，然后一手调节平台旋钮使平台缓慢平稳下 降，另一手调节主尺旋钮使主尺缓慢平稳上升。两手密 切配合，始终保持“三线重合”。注意在水膜即将断开 （带镜挂钩有突然上跳的趋势）的瞬间，立即停止主尺 运动。读出主尺示值y1。重复第2、3两步共测量10次，记 录各次测量值y0i和yi，
实验目的
1. 学习用焦利秤测量微小力的原理和方法。 2. 测定常温下水的表面张力系数。 3. 加深对液体表面性质的了解。
实验仪器
焦利秤（包括弹簧、带镜挂钩、测量杆）
砝码
金属圆环
玻璃皿
游标卡尺
右图为焦利秤的结构
1—主尺 2—游标 3—立柱 4— 主尺旋钮 5— 平台升降螺杆 6—平台 7—盛液杯 8—金属环 9 —玻璃管 10 —带镜挂钩 11—弹簧 D、G—水平刻线
用拉脱法测液体的表面张力系数
2. 分析∏型金属丝从水中拉起过程中弹簧受力的变化，为什么F 为 膜破时的值？
3. 如果金属丝是不规则的形状，如何确定l？
习题
1. 逐差法计算弹性系数，计算水的表面张力系数。
2. 当∏型金属丝从水中拉起时不是水平的，还能用 kL
来计算吗？错在哪？
2l
焦利氏秤
实验步骤
1. 装好仪器。调节三脚座上的整平螺丝，使套筒竖直，指示镜上下移动时 不与指示管壁相碰。
2. 测弹簧的弹性系数k
① 铝盘未加砝码前，转动手轮和移动夹子11，使指标管和指标镜上的刻线 对准。用焦利氏秤上的游标读出铜管尺上的值并记录。
② 在铝盘加100mg砝码，慢慢转动手轮，再使指标管和指标镜上的刻线对 准。再读数并记录。
f l
α就是液体的表面张力系数，与液体种类、温度和杂质有关。
本实验用一Π形金属浸入 液体，然后拉起一张薄膜，由于膜有两表面， 所受的力为（忽略重力）：
F 2 f 2l
F
F / 2l
l
测得F 和 l 就可算出表面张力系数α。F用焦利氏秤测，l 用游标卡尺测。 焦利氏秤根据胡克定律，弹簧的伸长ΔL 与F成正比：
用拉脱法测液体的表面张力系数
实验目的
1. 测水和肥皂水的表面张力系数。 2. 测弹簧的弹性系数
实验原理
液体表面层（其厚度等于分子的作用半径，约10-8m）内的分子所处的环 境跟液体内部的分子是不同的。在液体内部，每个分子四周都被同类的其他 分子所包围，它所受到的周围分子的作用力的合力为零。由于液体上方的气 相层的分子数很少，表面层内每一个分子受到的向上的引力比向下的引力小， 合力不为零，这个合力垂直于液面并指向液体内部。设想在液体表面取长为 l 的线段，实验指出，线段两旁的液膜之间存在着相互作用的拉力，力的方 向和线段垂直，其大小与线段的长成正比，即：
简述拉脱法测液体表面张力系数的原理
简述拉脱法测液体表面张力系数的原理
液体表面张力是液体表面上的分子间的相互作用力。
用拉脱法来测量液体表面张力系数，是通过拉伸液体表面，使分子间距离增大，从而测量表面张力的大小。
测量液体表面张力需要用到一些实验器材，如拉脱力计、环状容器和液体样品等。
首先需要在环状容器中加入液体样品，并使其表面平整，然后在液体表面上加入一个小的铁环，通过拉脱力计来慢慢拉伸液体表面，直到液体表面上的铁环脱离。
在拉伸的过程中，拉脱力计所显示的拉力就是液体表面张力的大小。
通过测量不同液体表面张力对应的拉力大小，就可以计算出液体表面张力系数。
拉脱法测量液体表面张力系数的原理是基于表面张力是由于表面上的分子间的相互作用力所引起的。
因此，当液体表面受到外力拉伸时，液体表面上的分子间距离增大，相互作用力减小，表面张力也会减小。
当液体表面上的相互作用力被完全克服时，液体表面上的铁环就会脱离。
拉脱法可以测量各种液体的表面张力系数，如水、酒精、油等。
不同的液体表面张力系数的大小是不同的，这主要是由于表面分子之间的力大小不同所引起的。
在实际应用中，液体表面张力的大小会对很多物理现象产生影响，例如液滴的形状、液体在容器中的高度、吸管的原理等。
拉脱法是一种测量液体表面张力系数的有效方法，通过测量不同液体表面张力对应的拉力大小，可以计算出液体表面张力系数。
液体表面张力系数的大小对很多物理现象产生影响，因此对液体表面张力的研究具有重要的科学意义和实际应用价值。
拉脱法测量液体的表面张力系数
拉脱法 测量液体的表面张力系数
主要内容
一、基本知识点 二、实验仪器 三、实验原理 四、实验内容 五、实验现象的受力分析
(2) 20克白糖50克水，t = 24℃， α2
U1(mv) 7.7 12.5 9.6 8.8 8.0 6.6 U2(mv) -15.2 -12.3 -10.6 -14.7 -17.2 -16.8
(3) 20克白糖50克水，t = 24℃， α3
U1(mv) 9.8 9.5 9.6 9.5 9.6 9.4 U2(mv) -13.4 -13.5 -13.2 -13.4 -13.0 -13.4
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2. 硅压阻式力敏传感器的结构及原理
（1）传感器
传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一 定的规律转换成便于测量和传输的信号的装置。电信 号易于处理，所大多数的传感器是将是将物理量等信 号转换成电信号输出的。
（2）结构简图
1.力臂固定点 2.硅力敏传感芯片 3.弹性梁 4.挂钩
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（3）原理
灵敏度：传感器输出量增量与相应输入量增量之 比，单位为 mv/N。它表示每增加 1N 的 力，力敏传感器的电压改变量为 B mv。
（3）片状吊环：新设计有一定厚度的片状吊环。经过对 不同直径吊环的多次试验，发现当调换 直径等于或略大于3.3cm时,在液膜被拉 破的瞬间液体与金属环之间的接触角接 近于零，此时接触面总周长约为20cm左 右。在保持接触角为零时，能得到一液膜拉破前瞬 间，考虑一级近似，认为液体的 表面张力为： f = f1 + f2 = αл(D1+ D2) 这里α为表面张力系数，D1、 D2分别为吊环的外径和内径。 液膜拉破前瞬间的受力分析图
拉脱法测量液体的表面张力系数
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3. 实验原理
使用片状吊环，在液膜拉破前瞬 间，考虑一级近似，认为液体的 表面张力为： f = f1 + f2 = αл(D1+ D2) 这里α为表面张力系数，D1、 D2分别为吊环的外径和内径。 液膜拉破前瞬间的受力分析图
片状吊环在液膜拉破前瞬间有： F1 = mg + f1 + f2
此时传感器受到的拉力F1和输出电压U1成正比，有： U1 = BF1
11
片状吊环在液膜拉破后瞬间有：
F2 = mg 同样有 U2 = BF2 片状吊环在液膜拉破前后电压的
变化值可表示为：
液膜拉破后瞬间的受力分析图
U1－ U2 = △U = B·△F = B（F1－ F2）= Bαл(D1+ D2) 由上式可以得到液体的表面张力系数为:
吊环浸没在水中电压表显示负值反方向旋转螺母电压表读数增加继续旋转读数增加到一个最大值继续旋转读数开始减小减小到某一个值液膜破裂此时观察电压表读数记下u阶段1阶段2阶段320阶段1的受力分析吊环下沿浸没在水中时有吊环下沿拉离水面开始拉起液膜时有电压表读数达到最大值此时有这里f为表面张力21达到最大值后继续反方向转动调节螺母可以发现电压表读数开始减小这主要是因为附着在液膜上的水在重力的作用下向下滑所以拉力减小
（1）吊环法：使用金属细线制成吊环时，在液膜被拉破的瞬 间接触角不接近于零，此时所测得的力是表面 张力向下的分量，因而所得表面张力系数误差 较大，必须用修正公式对测量结果进行修正。
用拉脱法测液体的表面张力系数
用拉脱法测液体的表面张力系数一， 实验目的（1），测水和肥皂水的表面张力系数。
（2），测弹簧的弹性系数。
二，实验器材焦利氏称，游标卡尺，酒精灯，温度计，镊子，玻璃皿。
三， 实验原理。
液体表面都有尽量缩小的趋势，这是由于液体存在着沿表面切线方向作用的表面张力。
表面张力的大小可以用表面张力系数α来描述。
设想在液体表面上取一段长为l 的线段，则张力的作用表现在线段两边的液面以一定的拉力f 相互作用，而且里的方向恒与线段垂直，大小与线段的长度l 成正比，即： f=αl (1)比例系数α就是液体表面张力系数，它表示单位长度直线两边液面的相互拉力。
表面张力系数α与液体的种类，温度和杂质有关。
对于某种液体，只要测f 和l ，便可以得出该温度下的α值。
如果采用国际单位制，则α的单位是（1N m -∙）。
本实验采用的是一个形金属丝浸入液体，然后从液面拉起一张膜，由于薄膜有前后两个表面，故所受到的拉力F 为（次数未考虑重力）F=2f=2αl (2) α=2F l(3) 由三式可知，如果测得F 和l ，就可以计算出表面张力系数α。
实验中用焦利氏称来测力F ，用游标卡尺来测长度l 。
焦利氏称是根据弹簧的伸长量L ∆量度力F 的大小的，因为在弹性系数内，弹簧的伸长量与外力遵守胡可定律，即弹簧的伸长量L ∆与外力F 成正比 F=k L ∆ (4)式子中，k 为弹簧的弹性系数，将（4）代入（3）中，有2k L l ∆α= (5)四， 实验内容1， 准备仪器按照参考图示装好仪器，调节三脚座上的整平螺丝，使套筒铅直，使得指示镜上下移动时不与指示管壁相碰。
2， 测量弹簧的弹性系数（1） 在铝盘未加砝码之前，转动手轮和移动夹子，使指示管和指示镜上的刻度线对准（一经对准，不得再移动指示管的位置）。
用焦利氏称上端的游标读出铜管尺上的数值并记录。
（2） 在铝盘中加入500mg 砝码，慢慢转动手轮，使指示管和指示镜上的刻度线对齐（应在弹簧停止振动时观察），再读数并记录之。
拉脱法测量液体的表面张力系数
F2 = mg
由此，可以得到液体的表面张力：
液体的表面张力系数
22
23
片状吊环在液膜拉破前瞬间有： F1 = mg + f1 + f2
此时传感器受到的拉力F1和输出电压U1成正比，有： U1 = BF1
11
片状吊环在液膜拉破后瞬间有：
F2 = mg 同样有 U2 = BF2 片状吊环在液膜拉破前后电压的
变化值可表示为：
液膜拉破后瞬间的受力分析图
U1－ U2 = △U = B·△F = B（F1－ F2）= Bαл(D1+ D2) 由上式可以得到液体的表面张力系数为:
拉脱法 测量液体的表面张力系数
主要内容
一、基本知识点 二、实验仪器 三、实验原理 四、实验内容 五、实验现象的受力分析
2
一、基本知识点
1. 液体表面
指液体与气体、液体与固体以及别种不相混合的 液体之间的界面。
2. 表面张力
液体的表面，由于 表面层（其厚度等于分子 的作用半径，约10-8 cm） 内分子的作用，存在着一 定的张力,称为表面张力。
器的灵敏度B。
（3）将片状吊环洗净，挂在小钩上，调节升降螺母，将其浸没于液体中, 反方向调节升降螺母，液面逐渐下降，这时，金属环和液面形成一 环形液膜，继续使液面下降，测出液膜拉断前瞬间电压表的读数U1 和液膜拉断后瞬间电压表的读数U2。
（4）把测量的数据输入编写的程序，计算得到传感器的灵敏度B和液体
（1）吊环法：使用金属细线制成吊环时，在液膜被拉破的瞬 间接触角不接近于零，此时所测得的力是表面 张力向下的分量，因而所得表面张力系数误差 较大，必须用修正公式对测量结果进行修正。
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（2）吊 片 法：虽然液膜被拉破的瞬间接触角趋近于零， 但在具体测量时，由于吊片在拉脱过程 中容易发生倾斜,实验时吊片的长度上限 为3—4cm，而在测量力时，则希望力大 一点,有利于提高测量精确度。
拉脱法测量液体表面张力系数
拉脱法测量液体表面张力系数
【实验目的】
1.了解液体表面的性质。
2.学习金属铂片式电阻应变传感器的定标方法。
3.学习用拉脱法测量液体表面张力系数。
【实验仪器】
表面张力实验仪
【实验内容】
1.测试台调平。
2.金属铂片式电阻应变传感器定标：
（1）在传感器梁端头小钩中，挂上砝码盘，调节测试仪上的调零电位器，使数字电压表显示为零。
（2）在砝码盘上分别放上1.0g、2.0g、3.0g 、4.0g 、5.0g 、6.0g 、7.0g 、8.0g 质量的砝码，记录相应这些砝码作用下，数字电压表的读数值U.
（3）用最小二乘法,求出传感器灵敏度K 。
3、液体表面张力系数的测定
（1）将金属圆环挂在传感器的小钩上，调节升降台，将液体升至靠近环片的下沿，观察环状吊片下沿与待测液面是否平行，如果不平行，将金属环状片取下后，调节吊片上的细丝，使吊片与待测液面平行。
（2）调节容器下的升降台，使其渐渐上升，将环片的下沿部分全部浸没于待测液体，然后反向调节升降台，使液面逐渐下降，这时，金属环片和液面间形成一环形液膜，继续下降液面，测出环形液膜即将拉断前一瞬间数字电压表读数值U1和液膜拉断后一瞬间数字电压表读数
值U2。
重复8次。
【实验数据处理】
1、金属圆环：内径d1=32.6（mm）外径d2=35.0（mm）
2、液体的温度t=27℃济南地区重力加速度g=9.7988（m·s-2）
3、用最小二乘法求传感器灵敏度K值和相关系数γ。
4、计算液体表面张力F（单位为：牛）；计算液体表面张力系数α（单位为：牛/米）。
拉脱法测定液体的表面张力系数
拉脱法测定液体的表面张力系数
拉脱法测定液体的表面张力系数
实验目的
实验原理
实验仪器 实验内容及注意事项
实验后仪器的处理
数据处理
液体表面就好象是一张蹦紧的弹性薄膜,液体 表面的表面张力。可以用它来说明泡沫的形成， 浸润和毛细现象等。表面张力垂直于液体表面任 何一条线段并沿着液体表面，作用于单位长度上 的张力称为表面张力系数，用α表示。
6.支架. 7.固定螺丝. 8.航空插头. 9 . 底座. 10.数字电压表. 11.调零旋纽
数字电压表Biblioteka 调零旋钮环状金属吊片
干湿温度计
实验中还必须测量 实验室当时的温度。因 此，实验室备有干湿温 度计，干湿温度计除了 可以用来测量室温以 外，还可以测量实验室 的相对湿度。
干 温 度 计
实验内容
实验后仪器的处理
1.实验结束后，用镊子将吊环取下，用清洁纸或清 洁布擦干，并用清洁纸包好，放入干燥缸内 2.用清洁纸或清洁布擦干玻璃器皿，放在置物箱里 3.将砝码盘和砝码收好放在置物箱里 4.将数字电压表调零，关掉仪器电源开关，拔下电 源插头，检查无误后，结束实验操作
数据处理
1.对仪器定标得到的数据，用最小二乘法拟合的方 法求出仪器的灵敏度B以及拟合的线性相关系数r 2.求出每次测量的U1和U2的差 根据公式 出表面张力系数的大小，求出平均值 求
每次测量后,调节调零旋纽,使每次测量的U1、U2不相同
5 拉脱法测液体表面张力系数
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5 拉脱法测液体表面张力系数
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5 拉脱法测液体表面张力系数
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5 拉脱法测液体表面张力系数
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五、数据处理
表1 焦利氏秤测量弹簧劲度系数
测量次数
123456789
备注
5 拉脱法测液体表面张力系数
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五、数据处理
5 拉脱法测液体表面张力系数
五、数据处理
表2 焦利氏秤测量自来水表面张力系数
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L
d
5 拉脱法测液体表面张力系数
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L
d
5 拉脱法测液体表面张力系数
焦利秤的原理：
1、焦利秤是精密的弹簧秤，常用于测量微小的力。
2、焦利秤是下端固定，加负载后向上拉伸弹簧确
定伸长值。
3、测量时，需要调节主尺旋钮5来保持指标镜上
横刻线、指标管上横刻线及指标管横刻线在指标镜中
的像三线重合（三线对齐） 。
5-平台升降螺杆 6-平台 7-盛液杯
8-金属环 9-玻璃管 10-戴镜挂钩
11-弹簧
D、G-水平刻度
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5 拉脱法测液体表面张力系数
三、实验原理
液体表面（液气交界面）好比一层紧绷的薄膜，有自 然收缩趋势，从而导致表面张力现象。
想象在液体表面中任意取一截线，截线两旁必然存在互相 作用的拉力，二力大小相等，方向相反，垂直于所画的截线。
4、可保持弹簧下端不变，弹簧受力伸长的长度可
通过伸长前后游标尺上读数之差求得。
图1
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5 拉脱法测液体表面张力系数
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L
d
5 拉脱法测液体表面张力系数
四、实验内容
1、焦利秤的安装与调节
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§4.15 用拉脱法测液体表面张力系数液体具有尽量缩小其表面的趋势，好象液体表面是一张拉紧了的橡皮膜一样。
把这种沿着表面的、收缩液面的力称为表面张力。
表面张力的存在能说明物质处于液态时所特有的许多现象，比如泡沫的形成、润湿和毛细现象等等。
在工业技术上，如矿物的浮选技术和液体输送技术等方法都要对表面张力进行研究。
测定液体表面张力的方法很多，常用的有拉脱法、毛细管法、最大气泡压力法等。
本实验采用拉脱法的是一种直接测定方法。
【实验目的】1、学习焦利秤测量微小力的原理和方法。
2、了解液体表面的性质，测定液体的表面张力系数。
【实验原理】液体表面层（其厚度等于分子的作用半径，约10-8m）内的分子所处的环境跟液体内部的分子是不同的。
在液体内部，每个分子四周都被同类的其他分子所包围，它所受到的周围分子的作用力的合力为零。
由于液体上方的气相层的分子数很少，表面层内每一个分子受到的向上的引力比向下的引力小，合力不为零，这个合力垂直于液面并指向液体内部，如图4.15-1所示，所以分子有从液面挤入液体内部的倾向，并使液体表面自然收缩，直到处于动态平衡，即在同一时间内脱离液面挤入液体内部的分子数和因热运动而到达液面的分子数相等时为止。
图4.15-1 液体表面层和内部分子受力示意图将一表面洁净的矩形金属丝框竖直地浸入水中，使其底边保持水平，然后轻轻提起，则其附近的液面将呈现出如图4.15-2所示的形状，即丝框上挂有一层水膜。
水膜的两个表面沿着切线方向有作用力f，称为表面张力，φ为接触角，当缓缓拉出金属丝框时，接触角φ逐渐减小而趋向于零。
这时表面张力f垂直向下，其大小与金属丝框水平段的长度l成正比，故有Tlf2=式中，比例系数T称为表面张力系数，它在数值上等于单位长度上的表面张力。
在国际单位制中，T的单位为N·m-1。
表面张力系数T与液体的种类、纯度、温度和它上方的气体成分有关。
实验表明，液体的温度越高，T值越小；所含杂质越多，T值也越小。
因此，在测定T值时，必须注明是在什么温度下测定的，并且要十分注意被测液体的纯度，测量工具（金属丝框、盛液器皿等）应清洁不沾污渍。
图4.15-2 液体表面张力受力分析在金属丝框缓慢拉出水面的过程中，金属丝框下面将带起一水膜，当水膜刚被拉断时，诸力的平衡条件是：gldhTlWFρ++=2(4.15-1) 式中，F为弹簧向上的拉力，W为水膜被拉断时金属丝框的重力和所受浮力之差，l 为金属丝框的长度，d为金属丝的直径，即水膜的厚度，h为水膜被拉断时的高度，ρ为水的密度，g为重力加速度，ldhρg为水膜的重量，由于金属丝的直径很小，所以这项值不大。
由于水膜有前后两面，所以上式中的表面张力为2Tl。
由（4.15-1）式中解得：lg ldhWFT2ρ--=（4.15-2）实验中先测出焦利秤的倔强系数k，然后用焦利秤测出和公式（4.15-2）中F－W相对应的弹簧伸长量ΔL，则有：lgldh L k T 2ρ-∆=（4.15-3）（4.15-3）式即为实验公式。
【实验仪器】焦利秤、金属丝框、砝码、玻璃皿、游标卡尺。
一、焦利秤简介焦利秤的构造如图（4.15- 3）所示，它实际上是一种用于测微小力的精细弹簧秤。
一金属套管A 垂直竖立在三角底座上，调节底座上的螺丝，可使金属套管A 处于垂直状态。
带有毫米标尺的圆柱B 套在金属套管内。
在金属套管A 的上端固定有游标C ，圆柱B 顶端伸出的支臂上挂一锥形弹簧D 。
转动旋钮E 可使圆柱B 上下移动，因而也就调节了弹簧D 的升降。
弹簧上升或下降的距离由主尺（圆柱B ）和游标C 来确定。
G 为固定在金属套管A 上一侧刻有刻线的玻璃圆筒，M 为挂在弹簧D 下端的两头带钩的小平面镜，镜面上有一刻线。
实验时，使玻璃圆筒G 上的刻线、小平面镜上的刻线、G 上的刻线在小平面镜中的象，三者始终重合，简称“三线对齐”。
用这种方法可保证弹簧下端的位置是固定的，弹簧的伸长量可由主尺和游标定出来（即伸长前后两次读数之差值），一般的弹簧秤都是弹簧秤上端固定，在下端加负载后向下伸长，而焦利秤与之相反，它是控制弹簧下端的位置保持一定，加负载后向上拉动弹簧确定伸长值。
H 为一平台，转动其下端的螺钉S 时平台H 可升降但不转动。
F 为秤盘。
设在力F 作用下弹簧伸长Δl ，根据虎克定律可知，在弹性限度内，弹簧的伸长量Δl 与所加的外力F 成正比，即l k F ∆=式中k 是弹簧的倔强系数。
对于一个特定的弹簧，k 值是一定的。
如果将已知重量的砝码加在砝码盘中，测出弹簧的伸长量，由上式即可计算该弹簧的k 值。
这一步骤称为焦利秤的校准。
焦利秤校准后，只要测出弹簧的伸长量，就可计算出作用于弹簧上的外力F 。
A 立柱B 毫米标尺C 游标D 弹簧E 立柱升降旋钮F 砝码盘G 玻璃圆筒H 平台 M 平面反射镜 S 平台升降旋钮 图（4.15-3）焦利秤【实验内容】1、 测量弹簧的倔强系数k 。
将弹簧、砝码盘挂在焦利秤上，调节三角底座上的螺钉，使小镜M 穿过玻璃圆筒G 的中心，这时弹簧将与金属套管A 平行。
在秤盘上加1克砝码，转动旋钮E 使弹簧上升，直至“三线对齐”为止。
这时读出游标零线所指示的毫米标尺B 上的读数L 0 。
以后每加0.5克砝码，调整一次旋钮E 使“三线对齐” ，再记下B 上的读数，直至加到3.5克。
之后递减砝码，每减0.5克，调整一次旋钮E 使“三线对齐”，记下B 上的读数，直至1克砝码。
将所记数据填入表格，用逐差法处理数据，求出倔强系数k 值。
2、 测量液体的表面张力系数。
将待测液体倒入洗净干燥的烧杯中，置于平台H 上，并将金属丝框悬挂于砝码盘下端的小钩上，使金属丝框完全浸入水中，调节旋钮E 使 “三线对齐”。
调节时要保证金属丝框始终处于水面以下。
转动平台H 下端的旋钮S 使平台稍微下降一点，然后调节旋钮E 重新使 “三线对齐”，重复上述调节，当金属框刚好到达水面时，记下旋钮S 的位置S 1 。
使平台H 继续下降一点，然后调节旋钮E 使 “三线对齐”，不断重复该步骤，金属丝框将慢慢露出液面，并在表面张力的作用下带起一液膜，直到液膜被破坏时为止。
记下液膜被破坏时毫米标尺B 上的读数L 1（用游标读到0.1mm ）和旋钮S 的位置S 2 ，如图（ 4.15-4）所示。
图4.15-4 测量表面张力系数示意图玻璃圆筒用吸水纸将金属丝框上的小水珠轻轻地吸去，转动升降旋钮E 使金属丝框缓缓下降，直到“三线对齐”，读出毫米标尺B 上的读数L 2 ，则公式（2 ）中的)(21L L k W F -=-。
将步骤2重复5次。
3、 用游标卡尺测金属丝框的长度l 和直径d 各一次。
4、 求h 值，测量过程中S 1和S 2之差即为水膜的高度， h = S 1－S 2 。
5、 用温度计测出实验时的水温。
注意事项：1、 焦利秤中使用的弹簧是精密易损元件，要轻拿轻放，切忌用力拉。
2、 实验时动作必须仔细、缓慢。
平台一次只能下降一点，如果动作卤莽，会使液膜过早破裂，带来较大误差。
3、 每次实验前要用氢氧化钠溶液清洗玻璃杯和金属丝框，然后用洁净水冲洗多次才能使用。
实验结束后用吸水纸将金属丝框表面擦干，以免锈蚀。
【数据处理】1、求弹簧的倔强系数k 。
表4—37 测弹簧倔强系数kl ∆的A 类不确定度分量)13(3)(22-∆-∆==∑=∆l lS U i il A = (mm)l ∆的B 类不确定度分量仪∆=31B U ，Δ仪取0.1mm, U B = (mm)合成不确定度=+=∆22B A l U U U (mm) 计算倔强系数 =∆=l mgk 3 (N ·m -1)， =∆=∆2)(lU k U l k (N ·m -1) =±=k U k k (N ·m -1)2、测定液体的表面张力系数T 。
表4—38 测定表面张力系数L ∆的A 类不确定度分量)15(5)(42-∆-∆==∑=∆i iL AL LS U = (mm)L ∆的B 类不确定度分量仪∆=31B U ，Δ仪取0.1mm, U B = (mm)合成不确定度=+=∆222B A L U U U (mm)金属丝框长度l = (mm) , 金属丝直径d= (mm) 计算表面张力系数=-∆=lgh ld L k T 2ρ (N ·m -1)由于水膜的重量非常小,在T U 的计算中不考虑l 、d 和h 的不确定度分量。
=+∆=∆22)2()2(L k TU lkU l L U (N ·m -1)测量结果 =±=T U T T (N ·m -1)【预习思考题】1、 焦利秤与普通秤有什么区别？使用过程中要注意些什么？2、 为什么要采用“三线对齐”的方式来测量？两线对齐可以吗？为什么？【实验后思考题】1、 用拉脱法测液体表面张力系数时，其测量结果一般要偏大，试分析产生这种系统误差的原因和应当如何修正。
2、 试用图解法求焦利秤弹簧的倔强系数，并将所得结果与逐差法算出的倔强系数作比较。