液体表面张力系数的测定报告记录模板

液体表面张力系数的测定报告记录模板

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液体表面张力系数的测定实验报告模板

【实验目的】

1．了解水的表面性质，用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。

2．学会使用焦利氏秤测量微小力的原理和方法。

【实验仪器】

焦利秤，砝码，烧杯，温度计，镊子，水，游标卡尺等。

【实验原理】液体具有尽量缩小其表面的趋势，好像液体表面是一张拉紧了的橡皮膜一样。这种沿着表面的、收缩液面的力称之为表面张力。测量表面张力系数的常用方法：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。此试验中采用了拉脱法。拉脱法是直接测定法，通常采用物体的弹性形变（伸长或扭转）来量度力的大小。液体表面层内的分子所处的环境跟液体内部的分子不同。液体内部的每一个分子四周都被同类的其他分子所包围，他所受到的周围分子合力为零。由于液体上方的气象层的分子很少，表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。这个力垂直于液面并指向液体内部。所以分子有从液面挤入液体内部的倾向，并使得液体表面自然收缩，直到处于动态平衡。

表面张力 f 与线段长度 L 成正比。即有：

f = αL （1）

比例系数α称为液体表面张力系数，其单位为Ｎm-1。

将一表面洁净的长为 L、宽为 d 的矩形金属片（或金属丝）竖直浸入水中，然后慢慢提起一张水膜，当金属片将要脱离液面，即拉起的水膜刚好要破裂时，则有

F = mg + f （2）

式中 F 为把金属片拉出液面时所用的力；mg 为金属片和带起的水膜的总重量；

f 为表面张力。此时， f 与接触面的周围边界 2（L＋ d ）,代入（2）式中可得α = F − mg2( L + d )

本实验用金属圆环代替金属片，则有

α= F − mg π (d1 + d2 )

式中 d1、d2 分别为圆环的内外直径。

【实验步骤】1．调“三线对齐”

2．测量弹簧的倔强系数K

3．测（F－mg）值。

F − mg = f = K ∆S 代入得

K α =∆S

π (d+ d)

12

4．用卡尺测出d1、d2值，将数据即可算出水的α值。

5. 再记录室温，可查出此温度下蒸馏水的标准值α，并做比较。

四、强调注意事项:

1．由于杂质和油污可使水的表面张力显著减小，所以务必使蒸馏水、烧杯、金属片保持洁净。

2．清洁后的用具，切勿用手触摸，应有镊子取出或存放。

3．测量S 时要避免水膜提前破裂，否则实验误差较大，其中引起水膜提前破裂的因素有：桌面的震动，空气的流动，金属圆环底部不水平等。【数据处理】

1.用逐差法计算弹簧的倔强系数K（实验温度：180C）

砝码数增重读数(mm) 减重读数(mm) 平均数

i

L(mm)

i

i

L

L-

5

+

(mm)

0 246.82 246.32 246.57 49.56

1 255.78 254.8

2 255.05 50.00

2 264.62 264.44 264.61 50.60

3 275.4

4 275.32 275.38 50.69

4 284.32 285.42 284.87 49.95

5 296.44 295.82 296.13

6 305.22 304.88 305.05

7 315.24 315.18 315.21

8 326.32 325.82 326.07

9 334.52 335.12 334.82

==∆+=∑)-(5154

i i i L L L 50.16

5g

K L

=

∆=0.976 ()=-∆-∆=

∑∆)15/(L L 2L i

σ0.485

==

∆∆L 95

.0σn

t A 0.584 05

.1仪

∆=

∆B =0.02mm 22B A L ∆+∆=∆∆=0.560

=0.010

2．计算液体表面张力f

次数 初始位置S 0(mm) 水膜破裂时读数S i (mm) ΔS=S i －S 0(mm) S ∆(mm)

1 245.60 247.76 2.16 2.05

2 238.82 240.70 1.88

3 231.62 233.8

4 2.22 4 224.42 226.56 2.14 5

217.48

219.32

1.84

()=-∆-∆=

∑∆)15/(S S 2

S i

σ0.188

==

∆∆S 95

.0σn

t A 0.226 =∆=

∆05

.1仪

B 0.02mm 22S B A ∆+∆=∆∆=0.226

3. 金属环外、内直径的测量(本实验直接给学生结果)

平均值(mm)

()2

L 2K L g 5-⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛∆∆=

∆∆

d 1 34.92 d 2

33.12

=+∆=

)

(21d d S

K πα0.009

3．计算表面张力系数α及不确定度

=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+∆=∆∆2

S 212K 21)

(K )(d d d d S ππα0.462

4.表面张力系数的理论值：0.0728

【误差分析】

1. 定标时砝码盘摇晃，会使传感器受到大于砝码盘（含砝码）重力的力的作用，这会导致测得的电压值偏大，致使定标获得的k 过大，导致最后求得的结果偏小

2. 如果吊环不水平，则会导致水面在下降过程中，水膜并不是同时破裂，实际作用于吊环 的水膜长度只是吊环周长的一小部分，这会会导致最后求得的结果偏小

3. 测定仪测量电压值并不是连续的，需要一定的时间来进行反应，若在水膜即将破裂时水面下降过快，传感器尚未显示出实际的最大电压值， 吊环就已经脱离水面。这样会导致所测得的张力过小，从而导致求得的系数过小； 【思考题】

1. 用焦利称测量微小力的依据是什么？

答：如果我们在砝码托盘上加X 克砝码,弹簧伸长了某一长度,细金属杆上镜中的标线即向下移动,此时三线不再重合.转动旋钮使管向上移动,因而细金属杆也随之向上移动.当三线又重合时,在管及管的游标上可读出第二个读数,该读数与第一个读数这差就是弹簧在增加X 克重量时所伸长的长度.

2．金属圆环浸入水中，然后轻轻提起到底面与水面相平时，试分析金属圆环在竖直方向的受力。

答：竖直向下的重力，液体表面张力沿竖直方向向下的分力，弹簧拉力 3． 分析（2）式成立的条件，实验中应如何保证这些条件实现？

答：（2）式在欲脱离水膜而又恰未脱离的极限状态时成立，应该保证金属圆环水平拉 出水面