液体表面张力系数测定教学
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5．拉膜时动作要轻，尽力避免弹簧的上、下振动。为使 数据测量准确，拉膜过程中动作要协调：在调节旋钮 使弹簧均匀向上伸长时，需同时反时针旋转螺旋，使 载物台均匀下移. 物理实验中心
问题和讨论
1. 什么是“三线对齐”？本实验中测量表面张力时缓慢 地将∏型金属丝框从水中拉起，该过程中需要时刻保 证“三线对齐”，应如何操作？
下，弹簧的伸长就只取决于表面张力F在垂直方向的分量。设接
触角为 ，则该分量为：F cos 。显然，在弹簧伸长至且使液膜刚
刚破裂的瞬间，该分力应与弹簧的弹性恢复力相互平衡，即： kl
2L cຫໍສະໝຸດ Baidus
考虑到水与“Π”形金属丝接触角 很小， 0 ，cos 1 ；所以，可
简化为：
k l
(１)水膜自身的重力m/g很小可忽略；
(２)金属丝仍处于水中的那部分体积所受到的浮力pVg，因金属丝框 很细，即V很小，故也可以忽略不计；
(３)金属丝框受到大气压力的合力为零；
(４)“Π”形丝本身的重力。若将“Π”形金属丝框挂上之后，且使
其边与水面平齐之时规定弹簧的平衡位置，则“Π”形丝的重力
mg对弹簧从该平衡位置算起的伸长量也将没有贡献。在上述假定
2.表面张力系数的测定：
如图所示：将一表面洁
净的∏型细金属丝框浸入被 测液体内，∏型框的中点挂 在焦利秤弹簧上，使∏型框 的横边恰好处于液面位置时
定为弹簧的平衡位置。然后
将烧杯慢慢地下移，可看到
图1
金属丝带起一层液膜，与此
同时弹簧被拉长。当薄膜刚
好破裂时， 物理实验中心
mlg
∏型金属丝框的受力情况有以下几方面：
步骤：
① 挂好弹簧、小镜子及砝码盘，调节两个地脚 kF 螺丝使焦利秤杆垂直与地面，使小镜子铅直不与玻璃
套筒的内壁磨擦，然后旋动手轮，使“三线对齐”。 记录游标零线所指示的主尺上的读数li
② 依次在砝码盘中加入0.5 g ，1.0g ，…,4.5g 的砝码，使“三线对齐”，记下标尺上相应读数，然 后再逐次取出0.5g的砝码，按上述方法记下标尺上相 应的读数。求出相同拉力下读数的平均值，用逐差法 求出弹簧的劲度系数 k 值及其不确定度
物理实验中心
参考表格2--1
质量 增重读数 减重读数 平均数 li5 li
2
0.0g
0.5g
1.0g
1.5g
2.0g
2.5g
3.0g
3.5g
4.0g 4.5g
2.测量△l :
⑴用酒精棉擦去∏型框上的油污，再用水冲洗凉干后， 挂在平面镜下端的挂钩上。将洗净的烧杯盛适当的水， 放在平台上。调节∏型框缓慢下降，使∏型框的横边恰 好处于液面位置，“三线对齐”，记下标尺读数。然 后一只手慢慢调节平台下的螺丝使烧杯慢慢下降，另 一只手慢慢调节手轮，弹簧被拉长，在这一过程中要 求保持“三线对齐”，直至水膜恰好破裂为止。记下 标尺上的刻度l ，则：
2L
(2)
物理实验中心
其中， △l表示拉膜过程中弹簧的伸长量。可见，只要测 得k △l及l，即可由(2)式求出水的表面张力系数。
实验内容
1.测量弹簧的劲度系数： 按要求调节仪器，使刻有横线的小镜子穿过玻璃套筒的
内部。调节底脚螺钉，使小镜子沿竖直方向振动时不与玻 璃套筒发生磨擦，然后旋转手轮使小镜子上的刻线、玻璃 套筒上的刻线与玻璃套筒上的刻线在小镜子里的像三者相 互对齐，即所谓“三线对齐”。用这种方法保证弹簧的下 端的位置是固定不变的，而弹簧的上端可以向上拉伸。
根据胡克定律，在弹性限度内，弹簧的伸长量与所加外 力成正比，即 ：
l F k
物理实验中心
式中k是弹簧的劲度系数，对一特定的弹簧，k值是确 定的，如果我们将已知重量的砝码加在砝码盘中，测 出弹簧的伸长量，即可由上式算出弹簧的k值，这一步 骤称为焦利秤的校准。利用校准后的焦利秤，就可测 出弹簧的伸长量，从而求得作用于弹簧上的外力 。
设想在液体表面上画一条直线，实验指出，直线两旁的液膜 之间存在着相互作用的拉力，力的方向和所画直线垂直，其大小 与所画直线的长成正比，即：
F L
F L (1)
物理实验中心
式中比例系数 称为液体的表面张力系数，它表示单位长
线段两侧液体的相互作用力，其单位是N·m-1，表面张力
系数 的大小与液体的温度有关。
l li l0
物理实验中心
先观察几次水膜在调节过程中不断被拉伸、最后破 裂的现象，然后把金属丝框欲要脱离而尚未脱离水膜的 一瞬间的读数记录下来。
⑵本过程要求反复测量五次。
• 参考表格2—2
标尺零点 读数 l0
水膜破裂
时读数 li
l li l0
2
物理实验中心
(3)用游标卡尺测量∏型框边长 l：
2. 实验中要求把∏型金属丝框拉到欲脱离水膜而又恰未脱 离的极限状态，这是为什么？
3. 若实验过程中∏型金属丝框不是水平拉出水面，而是 出现一端高一端低的倾斜现象，对实验结果有无影响？ 应如何避免？
4. 试用作图法得出焦利弹簧秤的劲度系数，将结果与逐 差法的结果进行比较。
cm
(4)测量水的温度：
˚C
(5)计算水的（与空气接触）表面张力系数及不确定度。
物理实验中心
注意事项
1．调节焦利氏秤时一定要保证指示镜在整个测量过程 中自由悬于指示管中央。
2．焦利氏秤专用弹簧不要随意拉动，或挂较重物体， 以防损坏。
3．测量“Π”形丝宽度时，应放在纸上，注意防止其变 形。
4．灼烧“Π”形丝时不宜使其温度过高，微红（约）即 可，以防变形。灼烧之后不应再用手触摸，因“Π”形 丝很小，故应防止遗失。
液体表面张力系数的测定
实验目的
1.用拉脱法测量室温下水的表面张力系数。 2.学习焦利氏秤的使用方法，掌握用焦利氏秤测量微小力的
方法。
仪器与用具
①焦利氏秤，②金属框，③砝码，④温度计，⑤游标卡尺， ⑥螺旋测微器，⑦被测液体—自来水等。
物理实验中心
实验原理
1.表面张力与表面张力系数：
表面张力是液体表面的重要特性，它类似于固体内部的拉伸 应力，这种应力存在于极薄的表面层内。是液体表层内分子力作 用的结果。液体表面层的分子有从液面挤入液内的趋势，从而使 液体有尽量缩小其表面的趋势，整个液面如同一张拉紧了的弹性 薄膜，我们把这种沿着液体表面，使液面收缩的力称为表面张力。 作用于液面单位长度上的表面张力，称为液体的表面张力系数。
问题和讨论
1. 什么是“三线对齐”？本实验中测量表面张力时缓慢 地将∏型金属丝框从水中拉起，该过程中需要时刻保 证“三线对齐”，应如何操作？
下，弹簧的伸长就只取决于表面张力F在垂直方向的分量。设接
触角为 ，则该分量为：F cos 。显然，在弹簧伸长至且使液膜刚
刚破裂的瞬间，该分力应与弹簧的弹性恢复力相互平衡，即： kl
2L cຫໍສະໝຸດ Baidus
考虑到水与“Π”形金属丝接触角 很小， 0 ，cos 1 ；所以，可
简化为：
k l
(１)水膜自身的重力m/g很小可忽略；
(２)金属丝仍处于水中的那部分体积所受到的浮力pVg，因金属丝框 很细，即V很小，故也可以忽略不计；
(３)金属丝框受到大气压力的合力为零；
(４)“Π”形丝本身的重力。若将“Π”形金属丝框挂上之后，且使
其边与水面平齐之时规定弹簧的平衡位置，则“Π”形丝的重力
mg对弹簧从该平衡位置算起的伸长量也将没有贡献。在上述假定
2.表面张力系数的测定：
如图所示：将一表面洁
净的∏型细金属丝框浸入被 测液体内，∏型框的中点挂 在焦利秤弹簧上，使∏型框 的横边恰好处于液面位置时
定为弹簧的平衡位置。然后
将烧杯慢慢地下移，可看到
图1
金属丝带起一层液膜，与此
同时弹簧被拉长。当薄膜刚
好破裂时， 物理实验中心
mlg
∏型金属丝框的受力情况有以下几方面：
步骤：
① 挂好弹簧、小镜子及砝码盘，调节两个地脚 kF 螺丝使焦利秤杆垂直与地面，使小镜子铅直不与玻璃
套筒的内壁磨擦，然后旋动手轮，使“三线对齐”。 记录游标零线所指示的主尺上的读数li
② 依次在砝码盘中加入0.5 g ，1.0g ，…,4.5g 的砝码，使“三线对齐”，记下标尺上相应读数，然 后再逐次取出0.5g的砝码，按上述方法记下标尺上相 应的读数。求出相同拉力下读数的平均值，用逐差法 求出弹簧的劲度系数 k 值及其不确定度
物理实验中心
参考表格2--1
质量 增重读数 减重读数 平均数 li5 li
2
0.0g
0.5g
1.0g
1.5g
2.0g
2.5g
3.0g
3.5g
4.0g 4.5g
2.测量△l :
⑴用酒精棉擦去∏型框上的油污，再用水冲洗凉干后， 挂在平面镜下端的挂钩上。将洗净的烧杯盛适当的水， 放在平台上。调节∏型框缓慢下降，使∏型框的横边恰 好处于液面位置，“三线对齐”，记下标尺读数。然 后一只手慢慢调节平台下的螺丝使烧杯慢慢下降，另 一只手慢慢调节手轮，弹簧被拉长，在这一过程中要 求保持“三线对齐”，直至水膜恰好破裂为止。记下 标尺上的刻度l ，则：
2L
(2)
物理实验中心
其中， △l表示拉膜过程中弹簧的伸长量。可见，只要测 得k △l及l，即可由(2)式求出水的表面张力系数。
实验内容
1.测量弹簧的劲度系数： 按要求调节仪器，使刻有横线的小镜子穿过玻璃套筒的
内部。调节底脚螺钉，使小镜子沿竖直方向振动时不与玻 璃套筒发生磨擦，然后旋转手轮使小镜子上的刻线、玻璃 套筒上的刻线与玻璃套筒上的刻线在小镜子里的像三者相 互对齐，即所谓“三线对齐”。用这种方法保证弹簧的下 端的位置是固定不变的，而弹簧的上端可以向上拉伸。
根据胡克定律，在弹性限度内，弹簧的伸长量与所加外 力成正比，即 ：
l F k
物理实验中心
式中k是弹簧的劲度系数，对一特定的弹簧，k值是确 定的，如果我们将已知重量的砝码加在砝码盘中，测 出弹簧的伸长量，即可由上式算出弹簧的k值，这一步 骤称为焦利秤的校准。利用校准后的焦利秤，就可测 出弹簧的伸长量，从而求得作用于弹簧上的外力 。
设想在液体表面上画一条直线，实验指出，直线两旁的液膜 之间存在着相互作用的拉力，力的方向和所画直线垂直，其大小 与所画直线的长成正比，即：
F L
F L (1)
物理实验中心
式中比例系数 称为液体的表面张力系数，它表示单位长
线段两侧液体的相互作用力，其单位是N·m-1，表面张力
系数 的大小与液体的温度有关。
l li l0
物理实验中心
先观察几次水膜在调节过程中不断被拉伸、最后破 裂的现象，然后把金属丝框欲要脱离而尚未脱离水膜的 一瞬间的读数记录下来。
⑵本过程要求反复测量五次。
• 参考表格2—2
标尺零点 读数 l0
水膜破裂
时读数 li
l li l0
2
物理实验中心
(3)用游标卡尺测量∏型框边长 l：
2. 实验中要求把∏型金属丝框拉到欲脱离水膜而又恰未脱 离的极限状态，这是为什么？
3. 若实验过程中∏型金属丝框不是水平拉出水面，而是 出现一端高一端低的倾斜现象，对实验结果有无影响？ 应如何避免？
4. 试用作图法得出焦利弹簧秤的劲度系数，将结果与逐 差法的结果进行比较。
cm
(4)测量水的温度：
˚C
(5)计算水的（与空气接触）表面张力系数及不确定度。
物理实验中心
注意事项
1．调节焦利氏秤时一定要保证指示镜在整个测量过程 中自由悬于指示管中央。
2．焦利氏秤专用弹簧不要随意拉动，或挂较重物体， 以防损坏。
3．测量“Π”形丝宽度时，应放在纸上，注意防止其变 形。
4．灼烧“Π”形丝时不宜使其温度过高，微红（约）即 可，以防变形。灼烧之后不应再用手触摸，因“Π”形 丝很小，故应防止遗失。
液体表面张力系数的测定
实验目的
1.用拉脱法测量室温下水的表面张力系数。 2.学习焦利氏秤的使用方法，掌握用焦利氏秤测量微小力的
方法。
仪器与用具
①焦利氏秤，②金属框，③砝码，④温度计，⑤游标卡尺， ⑥螺旋测微器，⑦被测液体—自来水等。
物理实验中心
实验原理
1.表面张力与表面张力系数：
表面张力是液体表面的重要特性，它类似于固体内部的拉伸 应力，这种应力存在于极薄的表面层内。是液体表层内分子力作 用的结果。液体表面层的分子有从液面挤入液内的趋势，从而使 液体有尽量缩小其表面的趋势，整个液面如同一张拉紧了的弹性 薄膜，我们把这种沿着液体表面，使液面收缩的力称为表面张力。 作用于液面单位长度上的表面张力，称为液体的表面张力系数。