剖析用拉脱法测量液体表面张力系数实验误差的原因

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液体表面张力系数的测定的实验报告

液体表面张力系数的测量【实验目的】1、掌握用砝码对硅压阻式力敏传感器定标的方法，并计算该传感器的灵敏度2、了解拉脱法测液体表面张力系数测定仪的结构、测量原理和使用方法，并用它测量纯水表面张力系数。

3、观察拉脱法测量液体表面张力系数的物理过程和物理现象，并用物理学概念和定律进行分析研究，加深对物理规律的认识4、掌握读数显微镜的结构、原理及使用方法，学会用毛细管测定液体的表面张力系数。

5、利用现有的仪器，综合应用物理知识，自行设计新的实验内容。

【实验原理】一、拉脱法测量液体的表面张力系数把金属片弯成如图 1（a）所示的圆环状，并将该圆环吊挂在灵敏的测力计上，如图 1（b）所示，然后把它浸到待测液体中。

当缓缓提起测力计（或降低盛液体的器皿）时，金属圆环就会拉出一层与液体相连的液膜，由于表面张力的作用，测力计的读数逐渐达到一个最大值 F（当超过此值时，液膜即破裂），则 F 应是金属圆环重力 mg 与液膜拉引金属圆环的表面张力之和。

由于液膜有两个表面，若每个表面的力为（为圆形液膜的周长），则有（2）所以（3）圆形液膜的周长L与金属圆环的平均周长相当，若圆环的内、外直径分别为。

则圆形液膜的周长L≈L’=（D1+D2）/2 （4）将（4）式代入（3）式得（5）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比。

即（6）式中，ΔF 为外力的大小；K 为硅压阻式力敏传感器的灵敏度，单位为V/N；ΔU 为传感器输出电压的大小。

二、毛细管升高法测液体的表面张力系数1一只两端开口的均匀细管（称为毛细管）插入液体，当液体与该管润湿且接触角小于90°时，液体会在管内上升一定高度。

而当接触角大于90°时，液体在管内就会下降。

这种现象被称为毛细现象。

本实验研究玻璃毛细管插入水中的情形。

拉脱法测液体表面张力系数

[参考文献] [1] 周殿清张文炳.基础物理实验.科学出版社 [2]竺江峰.大学物理实验.中国科学技术出版社
cm
0.004
∆
表面张力系数 =
=0.0303N/m
()
α的相对不确定度为 =
/
仪
+
+
=1.134%
因此σ = α × 1.304% = 0.00034
=( .
± . )/
七误差分析与思考 a）从实验数据可以看出肥皂水的表面张力系数明显比自来水的小，这是因为肥皂水里的表面活性剂降低了它的张力系数，这也验证了张力系数与液体的种类有关。 b）测量倔强系数时，一般来说要判断三线对齐要等到弹簧完全静止才能准确判断读数，但这样会耗费许多时间，因此，在实验中，我是根据弹簧在离平衡位置做小的等振幅振动来判断的。这也是误差的来源之一。 c）在测量张力系数时，π型金属丝在被拉起过程中难免会发生倾斜，这就导致实际的金属丝长度偏大，最终算出的张力系数偏大，为解决此误差，我想，可以在金属丝两头再分别悬挂两根悬丝，增加稳定性；或者在玻璃皿上刻水平刻度线辅助调平。 d）实验中使用的是不同于一般的锥形弹簧，为什么不用通常的圆柱形的弹簧呢？思考后发现，
±.
)/
肥皂水的表面张力测量数据表
实验次数
1
2
3
4
初始读数 /cm 2.59 2.60 2.58 2.60
水膜破裂读数L/cm 3.33 3.34 3.33 3.33
弹簧伸长
/cm 0.74 0.74 0.75 0.73
室温：19.0℃
5
平均值
2.62 2.60
3.35 3.34
0.73 0.74
标准偏差

拉脱法测量液体表面张力系数α实验误差分析

文献标志码：Ａ
表面张力，减少ａ的实验测量误差。中图分类号：０２４１．１
拉脱法测量液体表面张力系数ａ实验原理方
法示意如图１所示。吊环悬挂于安装有力敏传感器的悬臂梁上，悬臂梁受力变化由力敏传感器转换为电压变化由毫伏表监测。盛水器皿放在一可
量出的值要大于标准值。说明很可能是实验测量原理方法上存在系统误差。这个系统误差一般
而言是来源于对Ｆ的测量求得问题上。
上下移动的台面上。实验测量方法是：先对力敏传感器进行定标，测量出力敏传感器将力的变化量
第２６卷第２期２０１３年４月
大
学
物
理
实
验
Ｖｏ１．２６Ｎｏ．２Ａｐｒ．２０１３
ＰＨＹＳＩＣＡＬＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴ０ＦＣ（）ＬＬＥＧＥ
文章编号：１００７ — ２９３４（２０１３）０２ — ００８５ — ０３
其中：ｄ和ｄ分别为吊环的内经与外径。将（１）式根据液体表面张力系数的定义式
一
Ｆ进行分解：液膜张力Ｆ与液膜内总长度Ｌ
位置ｘ／ｍｍ
，
ｖｆｎ２１Ｔｌ
｜ＨＮ
Ａ
结果如下：
Ｆ一Ｌ— ａ－（ｄ１４－ｄ２）（２）（３）

液体表面张力系数测量的误差分析与方法改进

此压力为正；当液面呈现凹面时，此压力为负。
应用，在传统的“ 毛细管法” 测量液体表面张力系
数时却存在一定的系统误差，尤其是对毛细管外液面的测量非常困难，有的采用 “ 液面成像法” ＿４］或“ 控针法” ＿５］进行了改进，但效果仍不十分理想。笔者在分析 “ 毛细管法 ” 测量液体表面张力系数产生误差原因的基础上，对传统方法进行了改进，提出一种 “ 双管补偿法” ，从而大大减少了“ 毛细管法” 测量液体表面张力系数实验结果的误差。
反抗ｄｆ做功。
１实验原理
在液面上设想有一线段ＭＮ，长度为Ｌ，如图
１所示，则在此线段两边的液面都有沿着液面而
垂直于线段的力作用于对方，这个力就是液体表
面所具有的张力称之为表面张力。
液体表面张力系数测量的误差分析与方法改进
Ａ一』ｄｆｄＲ — ｊ ’ ＰｓｄＳｄＲ — ＰｓｄＲ』ｄＳ — ＰｓｄＲ
（１）
Ｒ，
式（１）中，Ｓ为整个球面的面积，其值为４。。
Ａ — ＰｓＳｄＲ一４ｚｒＲＰｓｄＲ（２）
它的单位为 “ 牛顿／米 ” （Ｎ／ｍ）。液体表面的性质和张紧的弹性薄膜相似。当液面为曲面时，由于它有变平的趋势，所以弯曲的液面产生一个附加压强，对内层的液体施以压力。当液面呈现凸面时，

拉脱法测量液体表面张力系数实验中影响实验误差的因素及几个被忽略问题

拉脱法测量液体表面张力系数实验中影响实验误差的因素及几个被忽略问题
９３
感器工作原理ꎬ经过受力分析ꎬ建立电压与吊环受
力之间的关系ꎬ最终得出液体的表面张力系数 δ:
δ
＝
Ｕ１－Ｕ２Ｋπ( Ｄ１＋Ｄ２
)
(２)
Ｕ１和Ｕ２分别为环形液膜即将拉断前瞬间数
字电压表读数值和拉断后数字电压表读数值ꎮ
２液体表面张力系数测定几个影响误差因素
第３２卷第４期２０１９年８月
大学物理实验
ＰＨＹＳＩＣＡＬＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＯＦＣＯＬＬＥＧＥ
Ｖｏｌ.３２Ｎｏ.４Ａｕｇ.２０１９
文章编号:１００７￣２９３４( ２０１９) ０４￣００９２￣０４
拉脱法测量液体表面张力系数实验中影响实验误差的因素及几个被忽略问题
秦平力ꎬ余雪里ꎬ张昱
( 武汉工程大学数理学院ꎬ湖北武汉４３０２０５)
摘
要: 影响液体表面张力系数测量的因素较多ꎮ 本文总结了利用拉脱法测量液体表面张力系数
实验过程中对测量精度构成影响的一些主要因素ꎬ提出了几个常常被学生被忽略关键问题ꎮ 很好地解
释这个实验中误差较大现象ꎬ解除了学生的疑惑ꎬ加深了学生对表面张力的理解ꎮ
吊环ꎬ考虑一级近似ꎬ可以认为张力为表面张力系数乘上脱离表面的周长ꎬ即
ｆ＝ δπＤ１＋Ｄ２
(１)
此式中ｆ为张力ꎬＤ１ꎬＤ２分别为圆环的外径和内径ꎬδ 为液体的表面张力系数ꎮ 测量金属片从待
测液体表面脱离时需要的张力为ｆꎮ 利用力敏传
收稿日期: ２０１９￣０４￣０７基金项目: 湖北省教育厅教学科研究项目(２０１６３０８) ꎻ武汉工程大学教学科研究项目( Ｘ２０１７００４)

拉脱法测表面张力实验报告

拉脱法测表面张力实验报告拉脱法测表面张力实验报告引言：表面张力是液体分子间相互作用力在液体表面上产生的一种现象，它是液体分子间相互作用力与表面分子间相互作用力之间的平衡状态。

拉脱法是测定液体表面张力的一种常用方法，通过测量液体在一定条件下被拉脱的力来间接计算表面张力。

实验目的：本实验旨在通过拉脱法测定不同液体的表面张力，并探究影响表面张力的因素。

实验原理：拉脱法实验主要基于液体表面张力的定义公式：表面张力=拉脱力/拉脱长度。

实验中，我们将一根细丝固定在液体表面上，然后逐渐增加拉脱力，直到液体从细丝上拉脱。

通过测量拉脱力和拉脱长度，可以计算得到液体的表面张力。

实验步骤：1. 准备实验材料：实验所需的液体样品、细丝、夹子等。

2. 将细丝固定在液体表面上：将细丝固定在液体表面上，确保细丝与液体表面垂直，并保持一定的张力。

3. 增加拉脱力：逐渐增加拉脱力，直到液体从细丝上拉脱。

过程中要注意记录拉脱力的变化。

4. 测量拉脱长度：在液体拉脱时，测量细丝被拉脱的长度，记录下来。

5. 重复实验：重复以上步骤，以获得更加准确的结果。

6. 数据处理：根据测得的拉脱力和拉脱长度，计算表面张力。

实验结果与讨论：通过实验测得不同液体的表面张力，并进行对比分析。

我们发现，在相同条件下，不同液体的表面张力存在差异。

这可能是由于液体分子之间的相互作用力不同所致。

例如，水的表面张力较大，这是因为水分子之间存在较强的氢键作用力。

而酒精的表面张力较小，可能是由于酒精分子之间的相互作用力较弱。

此外，我们还发现温度对表面张力有一定影响。

随着温度的升高，液体的表面张力通常会降低。

这是因为温度升高会增加分子的热运动，使分子间的相互作用力减弱，从而导致表面张力降低。

实验中可能存在的误差主要来自于实验操作和仪器的精度。

为减小误差，我们应该在实验过程中尽量保持操作的准确性，并使用精密的仪器进行测量。

结论：通过拉脱法测定不同液体的表面张力，我们可以得出结论：不同液体的表面张力存在差异，这可能与液体分子之间的相互作用力有关。

液体表面张力系数的测定

实验十六液体表面张力系数的测定实验目的：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：焦利秤、形金属丝、砝码、镊子、玻璃皿、温度计、游标卡尺实验原理：液体表面层（其厚度等于分子的作用半径，约10m）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16-1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16-1液体表面层和内部分子受力示意图将一表面洁净的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16-2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，故有式中，比例系数称为表面张力系数，它在数值上等于单位长度上的表面张力。

在国际单位制中，的单位为N ·m 。

表面张力系数与液体的种类、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，值越小；所含杂质越多，值也越小。

因此，在测定值时，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16-2 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：(16-1)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，ldh ρg 为水膜的重力，由于金属丝的直径很小，所以这项值不大。

剖析用拉脱法测量液体表面张力系数实验误差的原因

摘要任何物理实验不可避免会产生实验误差,一般实验误差呈正态分布,有的实验结果偏大,有的实验结果偏小,这样实验误差才正常。

而用拉脱法测量液体表面张力系数的实验误差大小主要取决于操作是否合理,操作准确无误,误差就小。

所以老师应该在学生操作之前讲清楚如何拉膜以及拉膜过程中一定要做到玻璃套筒上的刻度线,与反光镜面上刻度线以及玻璃套筒上的刻度线的镜像线三线合一,否则就会产生比较大的实验误差。

让学生在操作之前就知道出现误差真正的原因,在实验操作过程中尽量避免出现操作的误差。

关键词液体表面张力系数拉脱法实验误差Analysis on the Causes of Experimental Errors in Measur-ing Liquid Surface Tension Coefficient Using Tearing-off Method //Ai Zhiwei,Wu Hao,Liu Chuansheng Abstract There will inevitably be experimental errors in any physical experiment,while the general experimental errors are normally distributed,and some experimental results are large,and some experimental results are small,which is normal.The degree of experimental errors in measuring liquid surface tension coefficient using tearing-off method depends mainly on whether the operation is reasonable and accurate.Therefore,before stu-dents'operation,the teacher should clearly explain how to pull the film,that it should reach the scale line on the glass sleeve in the process of pulling the film,and that the scale line on the glass sleeve should coincide with its mirror line as well as the scale line on the reflective mirror,otherwise it will produce a relatively large experimental error.The teacher should let students know the real reasons of errors before the operation,so as to avoid operation er-rors as far as possible in the experiment process.Key words liquid surface tension coefficient;tearing-off method;experimental errors 1引言大学物理实验是为培养学生的创新能力和实践能力、提高学生的科学素质打下基础的极其重要的教学环节。

拉脱法测量液体表面张力系数的影响因素分析

拉脱法测量液体表面张力系数的影响因素分析作者：关婷李红玉来源：《山西能源学院学报》2021年第05期【摘要】本文对拉脱法测试液体表面张力系数中吊环的水平、液膜质量、传感器定标范围和电压测量点四个造成实验误差的相关因素进行分析。

采取带有水平仪的轻质三角形薄片对吊环进行简单改进，使纯水的表面张力系数百分误差减少了3.97%。

并结合教学经验，对学生实验过程中易忽视问题进行详细说明，希望为进一步的物理实验教学提供借鉴意义。

【关键词】液体表面张力;拉脱法;影响因素【中图分类号】 O552.421 【文献标识码】 A 【文章编号】 2096-4102（2021）05-0088-03根据分子运動理论，液体分子间存在吸引力。

液体表面分子与内部分子相比缺少了一半对其有吸引作用的液体分子，因而受到一个指向液体内部的力，即使液体表面收缩成最小趋势的力称为表面张力。

液体表面张力系数是表征这种力的重要参数，在大学物理实验中常用拉脱法测量。

在教学实践中，由于实验中一些因素的影响，使学生测量结果误差偏大。

也有研究者提出了改进方法，这些设计方案虽然可以减少测量误差，但存在操作过于繁琐、复杂，对大学物理实验室多台现有设备改进较为困难等问题。

本文以杭州大华仪器制造有限公司生产的DH4607液体表面张力系数测试仪为例，分析实验影响因素和测量误差。

通用添加轻质三角形薄片、水平仪，辅助调节吊环水平;选择环壁厚在1-3mm的铝合金吊环，尽可能减少液膜影响;准确把握吊环脱离前后的电压等手段减少实验误差，为物理实验教学提供一些借鉴。

1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，求出该液体表面张力系数的实验方法称为拉脱法。

通常采用硅压阻力敏传感器将物体的弹性形变（伸长或扭转）转化为电信号来测量微小力的大小。

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周长，即[f=απ（D1+D2）] （1）其中f为表面张力，D1和D2分别是金属圆环内径和外径。

剖析用拉脱法测量液体表面张力系数实验误差的原因

剖析用拉脱法测量液体表面张力系数实验误差的原因
艾志伟;吴昊;刘传胜
【期刊名称】《科教文汇》
【年(卷),期】2014(000)024
【摘要】任何物理实验不可避免会产生实验误差，一般实验误差呈正态分布，有
的实验结果偏大，有的实验结果偏小，这样实验误差才正常。

而用拉脱法测量液体表面张力系数的实验误差大小主要取决于操作是否合理，操作准确无误，误差就小。

所以老师应该在学生操作之前讲清楚如何拉膜以及拉膜过程中一定要做到玻璃套筒上的刻度线，与反光镜面上刻度线以及玻璃套筒上的刻度线的镜像线三线合一，否则就会产生比较大的实验误差。

让学生在操作之前就知道出现误差真正的原因，在实验操作过程中尽量避免出现操作的误差。

【总页数】2页(P100-100,105)
【作者】艾志伟;吴昊;刘传胜
【作者单位】武汉大学物理与技术学院湖北·武汉 430072;武汉大学物理与技术学院湖北·武汉 430072;武汉大学物理与技术学院湖北·武汉 430072
【正文语种】中文
【中图分类】O552.421
【相关文献】
1.拉脱法测量液体表面张力系数的改进 [J], 林仁荣;邱祖强;陈丽敏;谢知
2.拉脱法测量液体表面张力系数α实验误差分析 [J], 苏启录
3.拉脱法测量液体表面张力系数实验的研究与设备改进 [J], 罗泽;梁开明;张宏林;黄森;李欢欢;彭川黔;龚恒翔
4.拉脱法测量液体表面张力系数实验中影响实验误差的因素及几个被忽略问题 [J], 秦平力;余雪里;张昱
5.拉脱法测量液体表面张力系数的影响因素分析 [J], 关婷;李红玉
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用拉脱法测定液体表面张力系数物理实验报告之欧阳道创编

用拉脱法测定液体表面张力系数液体表层厚度约m 1010 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326FB 型液体的表面张力系数测定仪的基本结构，掌握用标准砝码对测量仪进行定标的方法，计算该传感器的灵敏度。

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】如果将一洁净的圆筒形吊环浸入液体中，然后缓慢地提起吊环，圆筒形吊环将带起一层液膜。

使液面收缩的表面张力f 沿液面的切线方向，角ϕ称为湿润角（或接触角）。

当继续提起圆筒形吊环时，ϕ角逐渐变小而接近为零，这时所拉出的液膜的里、外两个表面的张力f 均垂直向下，设拉起液膜破裂时的拉力为F ，则有fg m m F 2)(0++= （1）式中，m 为粘附在吊环上的液体的质量，0m 为吊环质量，因表面张力的大小与接触面周边界长度成正比，则有 απ⋅+=)(2外内D Df （2）比例系数α称为表面张力系数，单位是m N /。

用拉脱法测液体的表面张力系数研究报告

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）：
F2f 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：
FkL
式中k为弹簧的弹性系数。因此：
kL 2l
实验仪器
焦利氏秤，金属框，砝码，温度计，游标卡尺，酒精灯，镊子
1. 三脚架 2. 整平螺丝 3. 手轮 4. 套筒 5. 游标 6. 铜管尺 7. 固定螺钉 8. 弹簧 9. 指示镜 10. 指示管 11. 夹子 12. 铝盘 13. U形金属 14 盛水器皿 14. 15. 平台 16. 夹子 17. 升降
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：
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பைடு நூலகம்法计算弹性系数，计算水的表面张力系数。

拉脱法测量液体表面张力系数实验的研究与设备改进

拉脱法测量液体表面张力系数实验的研究与设备改进罗泽;梁开明;张宏林;黄森;李欢欢;彭川黔;龚恒翔【摘要】拉脱法测量液体表面张力系数实验是大学物理实验中的一个经典实验项目.该实验采用硅压阻式力敏传感器测量力的大小,通过数显表读取力对应的电压值.但是,通过数显表只能看到液膜断裂前后瞬时拉力对应的电压值,不能看到力随位移变化的曲线,不便于直观理解力的变化过程.实验教学中,学生容易将电压极大值与液膜断裂前瞬间的电压值混淆,从而导致测量值不准确.因此,对拉脱法测液体表面张力系数的传统装置进行改进,将实验装置与计算机结合,由计算机直接采集和处理数据,提高了实验的可视化和自动化程度,便于学生理解力的变化过程,提高了实验结果的准确性.【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2019(036)005【总页数】2页(P126-127)【关键词】液体表面;张力系数;拉脱法;可视化【作者】罗泽;梁开明;张宏林;黄森;李欢欢;彭川黔;龚恒翔【作者单位】重庆理工大学理学院,重庆 400054;重庆理工大学理学院,重庆400054;重庆理工大学理学院,重庆 400054;重庆理工大学理学院,重庆 400054;重庆理工大学理学院,重庆 400054;重庆理工大学光伏新能源应用技术与设备研究所,重庆 400054;重庆理工大学理学院,重庆 400054;重庆理工大学光伏新能源应用技术与设备研究所,重庆 400054;重庆理工大学理学院,重庆 400054;重庆理工大学光伏新能源应用技术与设备研究所,重庆 400054【正文语种】中文0 引言生活中许多涉及液体的物理现象都与液体表面张力有关，而很多实验中也会用到液体表面张力系数，故液体表面张力系数的测定具有重要的物理意义。

测量液体表面张力系数的方法有拉脱法、毛细管法以及最大气泡压力法等，其中拉脱法是最常用的方法之一。

拉脱法测量液体表面张力系数实验采用硅压阻式力敏传感器测量力的大小，实验中将硅压阻式力敏传感器固定，吊环悬挂于硅压阻式力敏传感器上，通过升降液面改变液面与吊环之间的距离，拉起环状液膜。

拉脱法测液体表面张力系数实验探讨

拉脱法测液体表面张力系数实验探讨张春玲;刘冠男;钱钧;孙骞;唐蕾【摘要】从利用拉脱法进行液体表面张力系数测量时误差过大入手,比较了该方法与其他方法相比存在的优劣,具体介绍了拉脱法的原理,分析了弹簧和金属丝的状态对实验结果的影响,以及拉膜过程快结束时,刻线移动的异常现象.【期刊名称】《大学物理》【年(卷),期】2016(035)001【总页数】4页(P31-34)【关键词】拉脱法;表面张力系数;焦利氏称【作者】张春玲;刘冠男;钱钧;孙骞;唐蕾【作者单位】南开大学物理科学学院,天津300071;武警后勤学院基础部,天津300309;南开大学物理科学学院,天津300071;南开大学物理科学学院,天津300071;武警后勤学院基础部,天津300309【正文语种】中文【中图分类】O4-33;O551.3大学物理实验的教学目标是培养学生的实际动手能力，结合物理知识解决实际问题的能力，为提高学生的科学素质和创新能力打下基础.但是，随着时代的发展，科技的进步，越来越多的教学仪器制造商开发出各种新仪器设备，我们却在购买仪器设备时难度越来越大，可选择的余地越来越小.这是因为，现在很多教学仪器的设计目标是提高测试精度，降低操作难度，简化操作步骤，但是这些却背离了物理实验教学的目标，即不能锻炼学生手、眼、脑并用的动手能力，也不能激发学生的学习兴趣.液体表面张力系数测量是大学物理实验中的基本实验，除了使用比较广泛的拉脱法和毛细管法，还有奥氏黏度计法[1]、液滴法[2]、气泡法[3]等. 其中，对于拉脱法，利用焦利氏称进行测量时的误差相对较大，硅压阻式力敏传感器张力测定仪测量精度较高，但是南开大学仍坚持使用焦利氏称进行实验教学[4]. 这是因为虽然基于传感器的表面张力系数测定仪测量结果精确，操作简便，但是更适用于工厂中进行产品的技术参数测量. 而利用焦利氏称的拉脱法，虽然在教学中可能会出现学生测量数据不准，但是如果能够有意识地引入师生交流，师生可以讨论很多内容，包括仪器的测量原理、仪器状态对测量结果的影响、测量范围等.在对这个实验进行教学的过程中，我们发现了一些问题，在本文中进行归纳总结，希望与国内教育一线的同事一同探讨更优秀的教学方法，以对提高教学质量有一定帮助.用拉脱法测量液体表面张力系数时,将一表面洁净、宽度L、直径为D的“Π”形细金属丝竖直地浸于水中，然后将其徐徐拉出. 由于水能润湿该金属丝，所以，水膜将布满“Π”形丝四周，且在其边框内被带起. 考虑到拉起的水膜为具有几个分子层厚度的双面膜，其与水分界面接触部分的周长约为2(L+D)，但是因为L>>D，因此液体表面张力Fα为其中α为表面张力系数. 在拉膜过程中受力分析如图1.F为外力，可通过弹簧秤测得，FG框为金属丝框的重力，Fα为液体表面张力，φ为表面张力方向与竖直方向的夹角,F膜为液膜的重力，F浮为液体对金属丝框的浮力. 一般在计算中，认为在液膜拉破的瞬间, FG框、F膜、F浮和φ都很小,可忽略不计.当利用焦利氏称进行实验时，由胡克定律可得式中x-x0表示拉膜过程中弹簧的伸长量，k 为弹簧的劲度系数, 如果将已知重量的砝码加在砝码盘中,测出弹簧的伸长量,即可算得k值.由式(1)—式(3)可得因此,只要测出拉膜过程中弹簧的伸长量,就可求出液体表面张力系数α.仪器标配的精细弹簧为密绕结构，但是学生在往弹簧上挂指示镜或者从配件盒中取放弹簧时，错误操作会对弹簧施加过大的力而导致弹簧变形.常出现的变形形态为弹簧首尾保持原形，中间拉伸变长，匝数密度减小.如果遇到变形的弹簧，学生往往会笼统地说“弹簧变形，对实验结果产生影响”，并不去具体分析产生哪种影响，更不会主动去做实验与标准弹簧进行对比看看影响到底有多大.为此，给学生配备了中间部位变形程度不同的5根弹簧，让学生用这些弹簧去做实验，进行实验对比和理论分析.弹簧平放在桌子上时的图片如图2，依次是标准弹簧1(劲度系数为k)和变形程度逐渐加大的弹簧2—6，其中弹簧4和5变形后的总长度基本相同，但是变形的细节不同.对于如图所示的变形弹簧，可以将其等效成A、B、C 3段，其中A、C段的匝数密度不变，劲度系数分别为kA和kC，中间B段的匝数密度变小，劲度系数为kB.如果在弹簧末端挂一重量为FG的物体，静止后3段弹簧所受的拉力大小均为FG.设3段弹簧的伸长量分别为xA 、xB、xC，则有解得xA= FG/kA ，xB= FG /kB，xC= FG /kC,则串联弹簧总的伸长量为劲度系数k满足下列关系如果已知3段弹簧的劲度系数，则弹簧整体的劲度系数可以轻松求解.对于A、C段弹簧，可以利用弹簧的剪切方法解决：一根弹簧劲度系数为k，若长度剪为原来的n/m，则劲度系数变为原来的m/n.对于中间的B段，弹簧被拉长超出其弹性限度，产生永久形变，匝数密度变小.虽然通过文献可以找到圆柱形弹簧的劲度系数计算公式：其中G为线材的刚性模数，单位N/mm2(即切变模量)， d为线径，Dm为弹簧的直径，Nc为有效圈数.但是，关于弹簧的匝数密度对弹簧劲度系数的影响却介绍的不多，也就是弹簧被拉长之后劲度系数到底是增大还是减小并未见解释.虽然如此，却可以通过理论分析解决这一问题.若一根弹簧劲度系数为k，假设实验中不发生形变的A 段和C 段长度分别为原长的和，则它们的劲度系数始终保持为.对于中间的B段，其在形变之前长度占弹簧总长度的，形变前劲度系数为kB=10k.设形变后这部分弹簧的劲度系数变为形变前的m倍，也就是B=mkB .当m=2、5、10、20时，整个弹簧的劲度系数变为,随着B部分弹簧劲度系数增大，整个弹簧劲度系数增大.当时，整个弹簧的劲度系数变为，也就是若随着B部分弹簧劲度系数减小，则整个弹簧劲度系数减小.具体实验结果见表1，其中L0、L1、L2……L5分别为弹簧下面只挂砝码盘，和盘中有1 g、2 g……5 g砝码时弹簧的伸长量.对表1中各个弹簧形变导致的测量结果，利用环差法处理数据后得到各弹簧劲度系数k，可知弹簧中间部位被拉伸变长之后，弹簧整体的劲度系数减小.实验结果与陆改玲等在文章中[5]所报道的实验结果相同，“不同变形程度弹簧的劲度系数是不同的，随着弹簧逐渐被拉长，其劲度系数有减小的趋势”.因此我们判断弹簧某一部分被拉伸变长后，弹簧整体的劲度系数减小，所以形变部分弹簧的劲度系数一定是减小的.此外，我们发现虽然弹簧中间部位发生拉伸变长之后，弹簧整体的劲度系数减小，但是并非弹簧长度与劲度系数成反比.此外，弹簧4和5的长度基本相同，劲度系数却相差较大，可见最终的劲度系数还与具体形变细节有关.其中4号形变弹簧的劲度系数与标准弹簧1的劲度系数最为接近，这可能是因为该弹簧形变部位属于比较均匀的形变.弹簧2、5、6的形变部分非常不均匀，其劲度系数与标准弹簧差别较大.因此，在课堂实验中，如果属于粗糙实验，则略有形变而且形变部分比较均匀的弹簧可以继续使用，形变不均匀的，即使形变部分的长度较小也必须替换.如果要进行精确测量，则必须使用标准弹簧.一般情况下，新购买的标准金属丝应该为图3中A型，即整个金属丝以挂钩为对称轴，两侧边与横边成直角的轴对称几何形状，实验时以金属丝横边的宽度定义为膜的宽度[6].但是多次使用后，金属丝容易损坏、变形，有可能出现非标准的B和C型，也有可能出厂时就尺寸不合格，如D和E型(如图3所示).要求学生拿到这几种变形金属丝后首先凭直觉给出估计结果，即若用标准金属丝测得水的表面张力系数为α0，要求学生估计用某种异型金属丝测量时可能得到的水的表面张力系数α与α0的大小关系.将这些结果统计后如表2所示.可见对于B和C型，学生们的估计基本相同，但是对于D和E型，学生的估计有较大区别.为了让学生学会理论与实验结合，用理论去分析验证直觉，我们让学生们对各种异型金属丝进行实验验证.学生得到的实验结果如表3所示.对于金属丝A、B、C，L上和L下代表它们上部和下部的宽度，α上和α下为用L上和L下的数值计算出的水的表面张力系数.对于金属丝D，左和右代表两条侧边的长度，对于金属丝E，左和右代表挂钩左右两边的长度.实验数据表明，如果公式中的是金属丝上边的宽度，B型金属丝测得的α值确实会比标准值偏大，C型金属丝测得的a值确实会比标准值偏小，这些与学生最初的估计情况相同.但是如果代入公式中的是金属丝下边的长度，则会出现相反的结果.可见对这两种金属丝，也不能简单地认为膜的宽度就是下边的宽度.温度在25 ℃时，纯水的表面张力系数的标准值为0.0720 N/m.实验中用标准金属丝得到的结果只有0.0685 N/m，偏小的原因有两个:一是使用的不是纯净水，而是自来水；二是拉膜过程中，每次三线合一后先调载物台高度旋钮后调主尺高度旋钮. 有的学生在理论分析时认为D型和E型金属丝在拉膜过程中，因为金属丝会倾斜，从而使实际膜的宽度变大，测得值会大于理论值.但是实际操作得到的结果都比标准值小，与学生的估计有较大差别.通过实验，发现D和E型金属丝悬挂在指示镜的挂钩上之后，因为两边质量不同，金属丝确实会倾斜，在拉膜过程中，没有足够的稳定性，导致膜过早破裂，测得的水的表面张力系数比标准值小.关于为什么倾斜金属丝的挂膜时间变短，可能是由于上边为倾斜的状态时，液体很容易沿倾斜的边流下，导致挂膜时间缩短.在测量表面张力时，先要让金属丝横边与水面平齐，并要保证此时“三线合一”，也就是指示镜上的刻线、玻璃管上的刻线、玻璃管上的刻线在指示镜上的像三者重合.拉膜操作调节载物台下面的旋钮M使烧杯向下时，指示镜上的刻线相对于玻璃管上的刻线也向下，此时要通过主尺高度调节旋钮N调高弹簧顶端的高度，要尽量控制M和N的旋转速度，从而保证拉膜过程中始终保持“三线合一”.但是仔细操作中发现一个有趣的现象：进行拉膜操作时，最初只要调节一点M就要调节N，很容易调节三线合一，可是拉膜操作进行一段时间后，M调节较大范围才需要调节一点N，最为重要的是，在拉膜操作的最后阶段，虽然往下调节M，但是指示镜上的刻线不但不向下走，反而往上走，此时因为不能调节N使弹簧顶端下降，所以就出现越往下调M，指示镜上的刻线越上升，最后液膜突然破裂.分析上面现象出现的原因，应该是由于液膜自重问题.拉膜过程中，焦利氏秤施加给金属丝的实际上是合力F，通过拉膜前后读数差值得到的实际上应该是式(2)的F 值，即F=FG框+Fα+F膜- F浮.随着拉膜的进行，重力原因使得膜中的水有少量下流，从而膜重变小，施加给金属丝的力大于使金属丝平衡的力，因此弹簧有收缩的趋势，使得金属丝上移，导致此时虽然往下调节M，但是指示镜上的刻线不但不向下走，反而往上走，使膜的高度增加，最终导致膜破裂.目前，测量液体表面张力系数有拉脱法、毛细管法、液滴法、气泡法等.其中拉脱法属于比较原始和经典的方法，实验过程中学生会碰到配件变形问题，或者是异常实验现象问题，通过引导学生对这些问题进行细致深入的分析，学生能够从中学到“一键式”操作所无法学到的知识与能力.【相关文献】[1] 马显光，翟建才.用奥氏粘度计测液体的表面张力系数[J].物理实验，1998，18(5)：5-8.[2] 吕依颖，司东辉，王丽丽. 球形液滴法测液体的表面张力系数[J].鲁东大学学报( 自然科学版)，2014，30(1)：36-38.[3] 赵宏伟,李茫雪,白士刚.最大气泡压力法测液体表面张力系数的改进[J].物理实验，2007，27(7)：36-38.[4] 刘子臣.大学基础物理实验(力热分册)[M].2版.天津:南开大学出版社，2005：215-218.[5] 陆改玲，计晶晶，陈霞,等.焦利弹簧的变形对液体表面张力系数测量结果的影响[J].科技创新导报，2014，33:43-44.[6] 江瑞琴，魏纪鹏.也谈金属丝的形状对液体表面张力系数测定的影响[J].物理实验，1998，18(2)：46-48.。

拉脱法测量液体表面张力系数的误差分析

拉脱法测量液体表面张力系数的误差分析
赫文豪;李帅霖;付楷涵;李懂文
【期刊名称】《大学物理实验》
【年(卷),期】2022(35)1
【摘要】拉脱法测量液体表面张力系数的实验过程中,实验条件影响实验结果的因素繁杂,本文通过理论分析的方法,总结归纳分析了四种对实验影响显著的因素,分别是温度测量偏差导致表面张力系数误差;砝码生锈或磨损造成K值不准确导致表面张力系数误差;圆环沾水造成△U变化导致表面张力系数误差和圆环内外径测量失误导致表面张力系数误差。

分析结果表明,实验测得的表面张力系数会随着温度的升高而逐渐降低,且其测量误差将随着生锈砝码数量、圆环上附着水滴质量及内外径测量误差的增加而加剧。

该研究结果可为大学物理教学实验教学过程中减小拉脱法测量液体表面张力系数测量误差起到一定指导意义。

【总页数】6页(P104-109)
【作者】赫文豪;李帅霖;付楷涵;李懂文
【作者单位】中国石油大学(北京)理学院;中国石油大学(北京)石油工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】O4-33
【相关文献】
1.剖析用拉脱法测量液体表面张力系数实验误差的原因
2.拉脱法测液体表面张力系数的误差分析
3.拉脱法测量液体表面张力系数α实验误差分析
4.临脱法测量液体
表面张力系数实验的系统误差分析5.拉脱法测量液体表面张力系数实验中影响实验误差的因素及几个被忽略问题
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用拉托法测定液体表面张力系数实验报告

用拉托法测定液体表面张力系数实验报告实验目的：本实验旨在通过拉托法测定液体表面张力系数，探究液体表面张力的特性，并了解表面张力系数的测定方法。

实验原理：液体表面张力是液体表面分子间的相互作用力造成的一种现象，即液体表面上的分子受到液体内部分子的吸引力，导致表面产生一定的张力。

表面张力系数是表征液体表面张力大小的重要物理量，通常用符号σ表示。

拉托法是一种常用的测定液体表面张力系数的方法。

该方法基于下面的原理：当一个环形物体（如铁环）浸入液体中并抬起时，液体表面会被环形物体拉伸，形成一个液体柱。

液体表面张力的力量会使得液体柱收缩，直到液体柱的重量等于液体表面张力的力量。

根据液体柱的几何形状以及液体柱的重量，可以计算出液体表面张力系数。

实验器材与试剂：1. 玻璃管：用于制作液体柱。

2. 铁环：用于浸入液体中并抬起，形成液体柱。

3. 电子天平：用于测量液体柱的重量。

4. 测微尺：用于测量铁环的直径。

5. 试管：用于盛放液体。

实验步骤：1. 准备工作：清洗玻璃管和铁环，并擦干备用。

2. 测量铁环直径：使用测微尺测量铁环的直径，并记录下来。

3. 准备液体：选择一种液体（如水）作为实验液体，并将其倒入试管中。

4. 形成液体柱：将铁环浸入液体中，并将其抬起，使液体柱形成。

注意要保持液体柱的稳定。

5. 测量液体柱重量：使用电子天平测量液体柱的重量，并记录下来。

6. 重复实验：重复上述步骤3-5，至少进行3次实验，并取平均值作为最终结果。

数据处理与分析：1. 计算液体柱的体积：根据液体柱的几何形状（圆柱体），可以计算出其体积。

2. 计算液体表面张力系数：根据液体柱的重量、液体柱的体积以及铁环的直径，可以使用拉托法公式计算出液体表面张力系数。

3. 统计分析：将多次实验的结果进行平均，并计算出相对误差，以评估实验的准确性和可靠性。

实验结果：根据实验数据和计算结果，可以得到液体表面张力系数的数值。

该数值反映了液体表面张力的大小，越大表示液体分子间的相互作用力越强，表面张力越大。

用拉脱法测量室温下水的表面张力系数

用拉脱法测量室温下水的表面张力系数摘要：由于液体分子间相互作用力，使液体表面像张紧的橡皮模，具有表面张力。

这种力非常微小，所以本实验利用了焦利秤测量微小力的原理测量液体的表面张力。

关键字：拉脱法、焦利秤、表面张力系数【引言】拉脱法测定液体表面张力系数是基于液体与固体接触时的表面现象提出的。

由分子运动论可知，当液体分子和与其接触的固体分子之间的吸引力大于液体分子的内聚力时，就会产生液体浸润固体的现象。

【实验目的】1. 掌握用焦利秤测量微小力的原理和方法；2. 探讨液体表面的性质，测定液体的表面张力系数；3. 学会测定弹簧的劲度系数，掌握用逐差法处理数据。

【实验仪器】焦利秤、门形金属框、1g砝码5个、烧杯、游标卡尺、酒精灯、金属镊子、细线。

【实验原理】如果在液体表面想象一条直线L，那么，表面张力就表现为线段两边的液面会以一定的拉力F相互作用，此拉力方向垂直于线段，大小与此线段的长度L成正比，即（1）其中，为液体表面张力系数，国际单位制中单位为牛顿/米，记为N?m-1，数值上等于作用在液体表面单位长度上的力的大小。

现将一洁净门形金属框浸入水中，由于水能浸润金属，当拉起金属框时，在门形金属框内就形成双面水膜。

设门形金属框的直径为d,内宽为L，重量为mg，所受浮力为?，弹簧向上的拉力为F，液体的表面张力为Fα，则其受力平衡条件为：（2）设接触角为β，由于水膜宽度为L+d，则表面张力为（3）缓慢拉起门形金属框至水面时，拉触角趋近零，式中趋于１。

由于门形金属框不仅本身体积小、重量轻，而且在拉膜过程中，重力和浮力的方向总是相反而相互抵消。

如取门形金属框上边缘恰与水面平齐时为弹簧的平衡位置s0,重力对弹簧的伸长量?s的贡献完全可以忽略不计。

于是可得，当缓慢拉起门形金属框至水膜刚好破裂的瞬间，表面张力与弹簧的弹力Ｆ的大小相等。

即有（４）由（３）式得,由胡可定律知,代入上式整理得：（５）其中，k为焦利弹簧秤的劲度系数，可由实验测出；?s为拉膜过程中焦利弹簧的最大伸长量，可由游标的位置计算出来；Ｌ为门形金属框的宽度，d为门形金属框的直径。