表面张力系数的测定实验报告

表面张力系数的测定实验报告
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、学习使用力敏传感器测量微小力的原理和方法。

3、加深对液体表面现象的理解。

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张紧的弹性薄膜，具有收缩的趋势。

存在于液体表面上的这种张力称为表面张力。

设想在液面上作一长为 L 的线段，线段两边的液面均存在与线段垂直且沿液面切线方向的拉力 f，拉力 f 的大小与线段长度 L 成正比，比例系数即为液体的表面张力系数σ，其表达式为：σ ＝ f ／ L 。

本实验采用拉脱法测量液体的表面张力系数。

将一金属片框水平浸入液体中，然后缓慢向上提拉，在液膜即将破裂的瞬间，拉力 F 等于金属框所受的重力 mg 与液膜对框向下的拉力 f 之和。

由于液膜对框的拉力 f 等于表面张力系数σ 与所拉出液膜周长的乘积，即 f ＝2σ(L1 ＋L2) ，其中 L1 和 L2 分别为金属框的内、外边长。

当拉力 F 等于重力 mg 与液膜拉力 f 之和时，有：F ＝ mg ＋2σ(L1 ＋ L2) ，则表面张力系数为：σ ＝（F mg) ／ 2(L1 ＋ L2) 。

在实验中，力 F 可以通过力敏传感器测量，金属框的质量 m 可以用天平称量，L1 和 L2 可以用游标卡尺测量。

三、实验仪器
1、力敏传感器及数字电压表。

2、铁架台。

3、金属框。

4、游标卡尺。

5、待测液体（如水）。

6、托盘天平。

7、烧杯。

四、实验步骤
1、用游标卡尺测量金属框的内、外边长 L1 和 L2 ，各测量 5 次，取平均值。

2、调节铁架台，将力敏传感器固定在铁架台上，并使其测量端朝下。

3、将数字电压表与力敏传感器连接，调零。

4、用托盘天平称量金属框的质量 m 。

5、在烧杯中倒入适量的待测液体，将金属框水平浸入液体中，深度约为 3 5mm 。

6、缓慢向上提拉金属框，观察数字电压表的示数变化。

当液膜即将破裂时，记录数字电压表的示数 U 。

7、重复步骤 5 和 6 ，共测量 5 次。

五、数据记录与处理
1、测量金属框的内、外边长 L1 和 L2 ，记录数据如下：
｜测量次数｜ L1 （mm) ｜ L2 （mm) ｜
｜：：｜：：｜：：｜
｜ 1 ｜＿____ ｜＿____ ｜
｜ 2 ｜＿____ ｜＿____ ｜
｜ 3 ｜＿____ ｜＿____ ｜
｜ 4 ｜＿____ ｜＿____ ｜
｜ 5 ｜＿____ ｜＿____ ｜
平均值：L1 ＝＿____ mm ，L2 ＝＿____ mm 。

2、测量金属框的质量 m ：m ＝＿____ g 。

3、测量液膜即将破裂时数字电压表的示数 U ，记录数据如下：
｜测量次数｜ U （V) ｜
｜：：｜：：｜
｜ 1 ｜＿____ ｜
｜ 2 ｜＿____ ｜
｜ 3 ｜＿____ ｜
｜ 4 ｜＿____ ｜
｜ 5 ｜＿____ ｜
平均值：U ＝＿____ V 。

力敏传感器的灵敏度 K ＝＿____ V ／ N （由仪器给出）。

则拉力 F ＝ U ／ K 。

4、计算表面张力系数σ ：
σ1 ＝（F1 mg) ／ 2(L1 ＋ L2) ，σ2 ＝（F2 mg) ／ 2(L1 ＋ L2) ，，σ5 ＝（F5 mg) ／ 2(L1 ＋ L2) 。

表面张力系数的平均值：σ ＝（σ1 ＋σ2 ＋σ3 ＋σ4 ＋σ5) ／ 5 。

5、计算表面张力系数的不确定度。

六、实验结果
本次实验测得液体的表面张力系数为σ ＝＿____ ±＿____ 。

七、误差分析
1、测量金属框边长时存在的读数误差。

2、测量金属框质量时存在的误差。

3、力敏传感器的灵敏度存在一定的误差。

4、数字电压表的读数存在误差。

5、实验操作过程中，液膜破裂瞬间的判断可能存在误差。

八、注意事项
1、实验前应确保力敏传感器和数字电压表调零准确。

2、提拉金属框时应缓慢、平稳，避免产生较大的冲击。

3、金属框在液体中浸入的深度要适当，不宜过深或过浅。

4、实验过程中要保持实验环境的稳定，避免外界干扰。

九、实验思考与拓展
1、表面张力系数与液体的温度、纯度等因素有何关系？
2、除了拉脱法，还有哪些方法可以测量液体的表面张力系数？
3、思考表面张力在日常生活和工业生产中的应用实例。

通过本次实验，我们掌握了用拉脱法测量液体表面张力系数的方法，对液体的表面现象有了更深入的理解。

同时，在实验过程中也培养了
我们的动手能力和数据处理能力。