大学物理实验PPT-液体表面张力系数测量
液体表面张力系数测量201309

数字电压表
实验过程
1)力敏传感器定标 确定K值
次数 1 2 … 8 砝码 增重时读数 减重时读数 平均值 (g) (mV) (mV) (mV) 0.000 0.500 … 3.500
2) 测量液膜断裂前后力敏传感器的 输出电压。
次数 拉脱前瞬间 拉脱后
u1 (mV )
电压差
u (mV )
u 2 (mV )
其中d为毛细管内径, h为液柱高度。
实验装置
物镜
测微鼓轮上 下移动旋钮
读数盘 调焦螺旋水 平移动旋钮 读数标尺
目镜
实验过程 1) 清洗烧杯、毛细管
2) 观察毛细现象,准备测量
3)测毛细管中 水柱高度
次数 1
毛细管水面下沿(mm)
烧杯水面下沿
(mm)
毛细管内水柱高度
(mm)
…
5 平均 ----------
对毛细管内液体升高的情况,平衡 时,上升液柱的重力与液体由于表 面张力的作用所受到向上的拉力相 等,即:
2r cos r gh
2
当水和玻璃都很干净时,液面 为半球面,毛细管液面四周所 受到的表面张力竖直向上,θ角为零,同时水的 体积用水柱高度及毛细管内径表示, 这时有:
1 d dg(h ) 4 6
液膜拉破后:
'
F = mg
D D2 F F 2 L 2 1 2
'
U ( D1 D2 ) K
但力敏传感器输出的是 输出电压一般和 电压, 输入的力成线性关系的, 可以设:
U K F
于是,表面张力系数
U ( D1 D2 ) K
实验装置
力敏传感器 吊环 培养皿 升降调节螺母 底座及调节螺丝
液体表面张力系数的测定

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自然收缩,犹如紧张的弹性薄膜。
由于液面收缩而产生的沿着切线方向的力称为表面张力。
设想在液面上作长为L 的线段,线段两侧液面便有张力f 相互作用,其方向与L 垂直,大小与线段长度L 成正比。
即有:f =L (1)比例系数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)式中可得本实验用金属圆环代替金属片,则有αα式中d 1、d 2 分别为圆环的内外直径。
实验表明,与液体种类、纯度、温度和液面上方的气体成分有关,液体温度越高,值越小,液体含杂质越多,值越小,只要上述条件保持一定,则是一个常数,所以测量时要记下当时的温度和所用液体的种类及纯度。
实验仪器焦利秤,砝码,烧杯,温度计,镊子,蒸馏水,游标卡尺等。
焦利秤的主要结构如图所示:1 弹簧,2 配重圆柱体,3 小指针,4 游标尺,5 砝码托盘,6 载物平台,7 调节平台高度的小螺钉,8 调节平台高度的微调旋钮,9水平调节螺丝,10 调节游标高度的微调旋钮,11 调节游标高度的小螺钉,12 小镜子, 13 主尺。
ααααα仪器的实物图调平底盘,将仪器依次挂好;调底盘高度和游标高度,使指针位于游标中心“0”刻度测表面张力实验内容1.安装好仪器,挂好弹簧,调节底板的三个水平调节螺丝,使焦利秤立柱竖直。
在主尺顶部挂入吊钩再安装弹簧和配重圆柱体,使小指针被夹在两个配重圆柱中间,配重圆柱体下端通过吊钩钩住砝码托盘。
调整小游标的高度使小游标左侧的基准线大致对准指针,锁紧固定小游标的锁紧螺钉,然后调节微调螺丝使指针与镜子框边的刻线重合,当镜子边框上刻线、指针和指针的像重合时(即称为“三线对齐”),读出游标0线对应刻度的数值L0。
大学物理实验液体表面张力系数测定讲义

大学物理实验液体表面张力系数测定讲义液体表面张力系数测定一、实验简介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。
测定液体表面张力的方法很多,常用的有焦利氏秤法(拉脱法)、毛细管法、平板法、滴重法、最大泡压法等。
本实验采用焦利氏秤法(拉脱法)。
该方法的特点是,用秤量仪器直接测量液体的表面张力,测量方法直观,概念清楚。
二、实验原理液体表面层(其厚度等于分子的作用半径)内的分子所处的环境跟液体内部的分子是不同的。
表面层内的分子合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,并使液体表面自然收缩想象在液面上划一条直线,表面张力就表现为直线两旁的液膜以一定的拉力相互作用。
拉力F 存在于表面层,方向恒与直线垂直,大小与直线的长度l 成正比,即 F =σl式中σ称为表面张力系数,它的大小与液体的成分、纯度、浓度以及温度有关。
三、实验方法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/2F mg F =+而/F l σ= 得到2F mg lσ-=焦利秤的构造如图所示,它实际上是一种用于测微小力的精细弹簧秤。
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。
三线对齐为了保证弹簧下端的位置是固定的,必须三线对齐,即玻璃圆筒E上的刻线、小平面镜上的刻线、E上的刻线在小平面镜中的象,三者始终重合。
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F = kΔl,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,由k值就可测外力F四、实验内容1、确定焦利氏秤上锥形弹簧的劲度系数(1) 把锥形弹簧,带小镜子的挂钩和小砝码盘依次安装到秤框内的金属杆上。
拉脱法测量液体的表面张力系数(共23张PPT)

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
17
通过计算机计算可得:
α1=40.12×10-3N/m
α2=36.19×10-3N/m α3=35.49×10-3N/m
结论:不同的物质,浓度对其 表面张力的影响形式是 不一样的,可表面张力减小,并且浓 度越大,减小越慢。
1. 拉脱法
测量一个已知周长的金属圆环或金属片从从待测液体
表面脱离时所需的拉力,从而求得该液体表面张力系数的
方法称为拉脱法。所需的拉力是由液体表面张力、环的内
外径及液体材质、纯度等因素决定。
2. 吊环法和吊片法比较
(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
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:
这里U1——液膜拉断前瞬间电压表的读数
U2 ——液膜拉断后瞬间电压表的读数
12
四、实验内容
1. 实验方法
(1)接通数字电压表及直流电源,预热15分钟。保证测力方向和传感器
起弹簧片的平面垂直。
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
-12.5 -35.8
液体表面张力系数的测量22页PPT

•
26、我们像鹰一样,生来就是自由的 ,但是 为了生 存,我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子,然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理,即使延续时 间再长 ,也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中,哪 里没有 法律, 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律,也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
56、书不仅是生活,而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次,但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许,为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处, 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
拉
60、生活的道路一旦选定,就要勇敢地 走到底 ,决不 回头。 ——左
大学物理实验PPT-液体表面张力剖析

F U B
B 表示力敏传感器的灵敏度,单位为V /N 。
实验内容及步骤
• 测量力敏传感器的灵敏度 • 测量水的表面张力系数
测量力敏传感器的灵敏度 B
1. 开机预热 15 分钟 2. 吊蓝放在力敏传感器的挂钩上
3. 电压表调零 4. 7 个 0.5 g 片码依次放入吊盘中,记下U0→U7
5. 依次取走片码,记下U7 → U0
2
3
4
5
B 代入D1、D2
附:水的表面张力系数α的标准值
系数α N/m 水温 t°C
0.074 22 0.073 22
10
15
0.072 75 20
0.071 97 25
0.071 18 30
思考题
1.本实验操作中,误差来源可能在哪些方面,应 如何避免。 2.简述液体表面张力系数α的影响因素。
下周实验
测量液体表面张力系数α
测量吊环拉断液柱前一瞬间环受到拉力F1对应的电压值U1 测量水柱拉断脱离液面吊环受力为F2对应的电压值U2
f
(D1 D2 )
(U1 U 2 )
B (D1 D2 )
(N / m)
液体表面张力系数α测量
测量次数
1
U1(mv)
U2(mv)
内径:3.310cm ;外径:3.496cm
拉脱法测定液体表面张力系数
实验装置
调节架
升降台
表面张力系数
想象在液面上划一条直线,表面张力就表现为直线 两旁的液膜以一定的拉力相互作用。拉力 f 存在于表面 层,方向与直线垂直,大小与直线的长度 L 成正比, 即
式中α称为表面张力系 数,它等于沿液面作用在分 界线单位长度上的表面张力, 其单位为N·m-1。它的大小 与液体的成分、浓度以及温 度有关。
大学物理实验表面张力系数测定

3、整理仪器;
数据记录
数据处理1
图1 力敏传感器的定标
数据处理2
思考题
1、实验前为什么要对力敏传感器定标?
参考值
1、液体表面张力系数:
2、拉脱法测量液体表面张力系数:
3、力敏传感器测量拉力的原理:
4、表面张力的测量与公式推导:
4、表面张力的测量与公式推导:
4、表面张力的测量与公式推导:
实验器材
DH4607型液体表面张力系数测定仪; 力敏传感器; 0.0005kg砝码(7个); 镊子; 砝码盘; 圆形吊环; 玻璃皿;
实验装置
实验步骤1
1、力敏传感器的定标: (1)接通电源,将仪器预热15分钟; (2)在传感器横梁端的小钩上挂上砝码盘,调节 调零旋钮(电子组合仪上的补偿电压旋钮)使数 字电压表示数为零(注意:调零后此旋钮不能再 动); (3)在砝码盘中分别加入等质量mi(每个砝码 0.0005kg)的砝码,记录对应质量下的电压表读 书Ui,填入表1; (4)用作图法做直线拟合,求出传感器灵敏度K;
液体表面张力系数的测量
实验目的
1、用砝码对力敏传感器进行定标,计算该 传感器的灵敏度; 2、掌握用拉脱法测量液体表面张力系数方 法; 3、学会双变量数据处理方法;
实验原理
1、液体表面张力系数: 2、拉脱法测量液体表面张力系数: 3、力敏传感器测量拉力的原理: 4、表面张力的测量面逐渐下降,
金属环片和液面间形成一环状液膜
拉液膜记数据
继续下降液面,测量出环状液膜拉断前 和拉断后一瞬间数字电压表读数值
接通电源将仪器预热15分钟挂物体电源在后面在传感器横梁端头小钩上挂上砝码盘调节调零旋钮使数字电压表显示为零000在砝码盘中分别加上等质量的砝码记录数字电压表的读数值将金属状吊片挂在传感器的小钩上观察环调节玻璃器皿下的升降台使其渐渐上升将环片的下沿部分全部浸泡于待测液体待测液体升降调节螺母反向调节升降台使液面逐渐下降金属环片和液面间形成一环状液膜拉液膜记数据继续下降液面测量出环状液膜拉断前和拉断后一瞬间数字电压表读数值
5表面张力PPT

其中α称为液体的表面张力系数,单位为 其中 称为液体的表面张力系数,单位为N/m。 称为液体的表面张力系数 。 当金属圆环从待测液体表面脱离时, 当金属圆环从待测液体表面脱离时, 受到液体向下作用的表面张力 有内外两个面) (有内外两个面):
U = KF
2. 力敏传感器的灵敏度
在力敏传感器的悬梁臂上作用一力F时 在力敏传感器的悬梁臂上作用一力 时,将有一 输出, 电压信号U输出 电压信号 输出,并且 K称为力敏传感器的灵敏度,单位为mV/N。 称为力敏传感器的灵敏度,单位为 称为力敏传感器的灵敏度 。
三、实验操作
1.实验前的准备。仪器预热,调整底座水平,清洗圆环; .实验前的准备。仪器预热,调整底座水平,清洗圆环; 2.力敏传感器的定标。电压表调零后,依次加入砝码共8g, .力敏传感器的定标。电压表调零后,依次加入砝码共 记录电压表的相应读数 电压表的相应读数; 记录电压表的相应读数; 3. 测定常温下水的表面张力系数。 . 测定常温下水的表面张力系数。 (1) 清洗玻璃皿,盛水,置于支架台,悬挂金属圆环; ) 清洗玻璃皿,盛水,置于支架台,悬挂金属圆环; (2)调节旋钮,使玻璃皿上升至将圆环的底部浸入水面。再 )调节旋钮,使玻璃皿上升至将圆环的底部浸入水面。 使水面逐渐下降,记录即将拉断水膜前一瞬间数字电压表 使水面逐渐下降,记录即将拉断水膜前一瞬间数字电压表 读数值U 和水膜拉断后数字电压表读数值 数字电压表读数值U 重复5次 读数值 1和水膜拉断后数字电压表读数值 2,重复 次 ; 4.记录金属圆环的外径 1和内径 2,测量水的温度。 .记录金属圆环的外径d 和内径d 测量水的温度。 外径
3. 表面张力系数的测定
将洁净的金属圆环浸入液体后慢慢地拉出水面, 将洁净的金属圆环浸入液体后慢慢地拉出水面, 若拉断水膜前一瞬间电压表的读数为U 此时外加拉 若拉断水膜前一瞬间电压表的读数为 1,此时外加拉 力为
用拉脱法测液体的表面张力系数幻灯片PPT

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 3. 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。
4. 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。
③ 将∏形金属丝挂在铝盘下〔用镊子〕。慢慢转动手轮,使指标管 和指标镜上的刻线对准。读数并记录〔L0〕。
④ 旋转旋纽,使∏形金属丝浸入水中,再使平台下降〔用左手〕, 右手转动手轮使弹簧上升,随时保持使指标管和指标镜上的刻线 对准,直到水膜拉破为止。读数并记录〔L〕。
⑤ 弹簧的伸长为 ΔL=L-L0 ,测量ΔL 5次,取平均值。
⑥ 测量水温,用游标尺测量∏形金属的宽度 l。
⑦ 测量肥皂水的外表张力系数。参照3。
本卷须知
1. ∏型金属丝框和烧杯中的水必须保持干净,不要用手触摸烧杯内 侧和∏型金属丝。
2. 保持∏型金属丝的平直,不得弯曲、变形。
3. 测量外表张力时,动作要稳、慢,不可在振动不定下测量。
思考题
1. 根据步骤3确定弹簧伸长的初值L0 与把∏型金属丝放在水中来确 定,弹簧受力有何区别?哪种方法好?为什么?
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. 如果金属丝是不规那么的形状,如何确定l?
习题
1. 逐差法计算弹性系数,计算水的外表张力系数。
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
FkL
式中k为弹簧的弹性系数。因此:
kL
大学物理实验PPT-液体表面张力

力敏传感器所受拉力为F 时数字式电压表示数为U:
B
B 表示力敏传感器的灵敏度,单位为V /N 。
实验内容及步骤
• 测量力敏传感器的灵敏度
• 测量水的表面张力系数
测量力敏传感器的灵敏度 B
1. 开机预热 15 分钟 2. 吊蓝放在力敏传感器的挂钩上 3. 电压表调零 4. 7 个 0.5 g 片码依次放入吊盘中,记下U0→U7 5. 依次取走片码,记下U7 → U0 力敏传感器最大量程0.098N,不要用力过大
拉力f存在于表面层方向与直线垂直大小与直线的长度存在于表面度层方向与直线垂直大小与直线的长度l成正比即成正比即ffffll式中称为表面张力系数表面张力系数它等于沿液面作用在分界线单位长度上的表面张力它等于沿液面作用在分界线单位长度上的表面张力其单位为nm1
拉脱法测定液体表面张力系数
实验装置
调节架
升降台
2.简述液体表面张力系数α的影响因素。
下周实验
实பைடு நூலகம்四 电位差计
砝码与电压关系图 120 100 80 60 40 20 0 0 1 2 m(g) 3 4 y = 29.886x - 0.3286 R2 = 0.9999
U(mV)
系列1 线性 (系列1)
Bk
9.8
(V / N )
测量水的表面张力系数
1. 玻璃器皿中放水1/2到2/3之间
2. 吊环放在力敏传感器的挂钩上,保持竖直
f =αL
吊环拉脱法实验原理
F
硅压阻力敏传感器
f F1 F2 (U1 U 2 ) B
吊环拉断液柱前一瞬间环受到的拉力F1,对应电压值U1 水柱拉断时瞬间吊环受力为F2,对应电压值U2
f
液体表面张力系数的测量(沐风教育)

液体表面张力系数的测定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,是液体表面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,测定液体表面张力系数的方法有:拉脱法、毛细管法、最大气泡压力法等。
本实验采用拉脱法测定表面张力系数。
实验目的:1、了解液体表面性质。
2、熟悉用拉脱法测定表面张力系数的方法。
3、熟悉用焦利弹簧秤测量微小力的方法。
实验仪器:焦利弹簧秤,被测液体,游标卡尺,矩形金属框,烧杯,砝码及托盘等实验原理:1、面张力的由来假设液体表面附近分子的密度和内部一样,它们的间距大体上在势能曲线的最低点,即相互处在平衡的位置上。
由图(1)可以看出,分子间的距离从平衡位置拉开时,分子间的吸引力先加大后减小,在这儿只涉及到吸引力加大的一段,如图(2)所示,设想内部某个分子A欲向表面迁徙,它必须排开分子1、2,并克服两侧分子3、4和后面分子5对它的吸引力。
用势能的概念来说明,就是它处在图(3)左边的势阱中,需要有大小为dE 的激活能才能越过势垒,跑到表面去。
然而表面某个分子B 要想挤向内部,它只需排开分子''21、和克服两侧分子''43、的吸引力即可,后面没有分子拉它。
所以它所处的势阱(图(3)中右边的那个)较浅,只要较小的激活能'dE 就可越过势垒,潜入液体内部。
这样一来,由于表面分子向内扩散比内部分子向表面扩散来得容易,表面分子会变得稀疏了,其后果是它们之间的距离从平衡位置稍为拉开了一些,于是相互之间产生的吸引力加大了,这就是图(3)右边所示的情况。
此时分子B 需克服分子''43、对它的吸引力比刚才大,从而它的势阱也变深了,直到'd E 变得和dE 一样时,内外扩散达到平衡。
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液体表面张力系数
液体表面张力系数是表征液体性质的一个重 要参数。表面张力促使液体缩小其表面面积, 由于球面是同样体积下面积最小的体,因此在 没有外力的情况下(比如在失重状态下),液 体在平衡状态下总是呈球状。
表面张力 f 的方向沿液体表面,且恒与分界
线垂直,大小与分界线的长度成正比:
水温 t°C
10
15
20
25
30
测量液体表面张力系数α
测量吊环拉断液柱前一瞬间环受到拉力F1对应的电压值U1 测量水柱拉断脱离液面吊环受力为F2对应的电压值U2
f
(D1 D2 )
(U1 U 2 )
B (D1 D2 )
(N / m)
液体表面张力系数α测量
测量次数
1
U1(mv)
U2(mv)
内径:3.310cm ;外径:3.496cm
测量液体表面张力系数α
首先顺时针将升降台调到底, 然后调整调节架高度使吊环离开液面0.5cm左右。
调节升降台拉起水柱时动作必须轻缓,应注意液膜必 须充分地被拉伸开,不能使其过早地破裂,实验过程 中不要使平台摇动而导致测量失败或测量不准。
附:水的表面张力系数α的标准值
系数α N/m2 75 0.071 97 0.071 18
2
3
4
5
思考题
1.本实验操作中,误差来源可能在哪些方面,应 如何避免。 2. 简述液体表面张力系数α的影响因素。
谢谢
物理教学实验中心
电压(mv) —
平均电压(mv)
14.2 29.8 44.7 59.5
g=9.8m/s2
2.5
3 3.5
74.6 89.2 104.1
U(mV)
砝码与电压关系图
120
y = 29.886x - 0.3286
100
R2 = 0.9999
80
60
40
20
0
0
1
2
3
4
m(g)
系列1 线性 (系列1)
B k 9.8(V / N)
单位:N/m
f L
吊环拉脱法测量液体表面张力系数
调节架
升降台
吊环拉脱法测量液体表面张力系数
吊环拉脱法测量液体表面张力系数
力传感器的拉力F变化:在吊环由液体中到拉离液 面的过程中,拉力F由小逐渐达到最大值F1,超过此值, 水柱即破裂,则F回到金属环重力值F2 。F1应当是金属
环重力与水柱拉引金属环的表面张力f 之和。
F1 f G吊环 F2 G吊环
f F1 F2
液面分界线长度:与金属环的内外径所包围的
长度相同。
f (D1 D2 )
∴表面张力系数α: f (D1 D2 )
硅压阻力敏传感器
力敏传感器所受拉力为F 时数字式电压表示数为U:
F U B
B 表示力敏传感器的灵敏度,单位为V /N 。
吊环拉断液柱前一瞬间环受到的拉力F1,对应电压值U1
水柱拉断脱离液面吊环受力为F2,对应电压值U2
f F1 F2 (U1 U 2 ) B
f
(D1 D2 )
(U1 U 2 )
B (D1 D2 )
测量硅单晶电阻应变传感器的灵敏度B
注:数字电压表使用前加上砝码篮调零后测量
力敏传感器定标,测量灵敏度B:
砝码(g)
0.5 1 1.5 2
电压(mv) +