液体表面张力系数的测量
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增加单位表面积所作的功： A D D′
W f x f S 2l x 2l
2l ( J .m 2 ) 2l
l
2l 液体薄膜 B C
ΔS F
f
△x
C′
表面张力系 数等于液体增 加单位表面积 所作的功。
【实验原理】 2、表面张力的测定
将一表面洁净，外径为D1，内径为D2的金属圆环竖直 的浸入水中，缓慢将其从水中拉起，液膜破裂前后圆环 受 力分析如下： T
液体表面张力系数的测量
【实验目的】
1．学习用拉脱法测定室温下液体的表面张力系数；
2．熟悉FD—NST—I型液体表面张力系数测定仪的使 用方法；
3．学习力敏传感器的定标方法。
【实验仪器】
FD-NST-I型液体表面张力系数测定仪、片码、铝 合金吊环、吊盘、玻璃器皿、镊子
数字电压表
调零旋钮
环状金属吊片
T1 T2 F L ( D1 D2 )
我们用的 测力计是硅压阻力敏传感器，该传 感器灵敏度高，线性和稳定性好，以数字式 电压表输出显示。当拉力为F时，数字式电压 表的示数为U。
若吊环拉断液柱的前一瞬间数字电压表的读数值为U1（
对应T1），拉断时瞬间数字电压表的读数值为U2（对应
D1/mm
1
2
3
4
5
6
7
D2/mm
2.测定水的表面张力系数 ①. 将盛水的玻璃器皿放在平台上，并将洁净的 吊环挂在力敏传感器的小钩上，并对电压表清零；
②. 以逆时针转动升降台大螺帽时液体液面上升，当圆环下沿部
分均浸入液体中时，改为顺时针转动，这时液面往下降（或者说
相对圆环往上提起），观察圆环浸入液体中及从液体中拉起时的 物理过程和现象。圆环即将拉断液柱前一瞬间数字电压表的读数 值为U1，拉断时瞬间数字电压表的读数为U2，重复测量6次。计算 表面张力系数。
1
拉脱前
拉脱后
T2
环状金属吊片
F
Baidu Nhomakorabea
W1 mg 液膜
W2
(mg)’
T1、T2为向上的作用力，W1、W2为环金属吊片所受
重力和浮力之差，因为环状金属吊片在脱离液体表面前
就已经离开了液体表面， W1≈W2 。 mg 、（ mg)’ 为液膜所 受的重力， mg≈（mg)’ ,T1、T2之差就是表面张力F。据 表面张力系数的定义有：
【实验原理】
1、表面张力的相关基础知识
1.1 表面与表面层： 液体表面: 液体与气体或固体的接触面。
液体表面层：液体表面下厚度等于分子作用球半径的一层液层。
r r
8
r 10 m
water Water drop
1.2 生活中液体表面现象举例：
液体具有尽可能缩小其表面的趋势，在宏 观上，液体表面就好像是一张拉紧了的弹性膜， 处在沿着表面的并使表面具有收缩趋势的张力 作用之下，这种张力叫做液体的表面张力。
T2），则有
U1 U 2 F T1 T2 B
故表面张力系数为：
（B 传感器灵敏度系数）
U1 U 2 B ( D1 D2 )
【实验内容及步骤】
一、力敏传感器定标
1．开机预热15分钟 2．仪器调零 3.在力敏传感器上加不同质量的砝码，测出相应的电压输出值， 计算灵敏度系数。
C
B
1.4 表面张力系数的定义（两个角度）
由于液面处于紧张状态，在液面上存在
着起收缩作用的表面张力。这些表面张力都 与液面相切，并且与线段AB 垂直；它们大 小相等，方向相反，分别作用在两部分液面 上。 实验表明: 表面张力的大小正比于 线段AB的长度。 A
f l
f l
B
f f
f ( N / m) ★表面张力系数定义1： l
测量次数 1 2 3 4
U1(mV)
U2(mV)
U(mV) f( 10-3N) ɑ(( 10-3N/m)
5
6
三、实验数据处理
●由公式
(U 1 U 2 ) F i L B( D1 D2 )
可计算得到：α1 ,α2 ,α3 ,α4 ,α5，α6 ●求其平均值：
=
1 2 5 6
U B mg
砝码质量mi /g 重力Fi (10-3N) 0.500 4.897 1.000 9.794 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 14.691 19.588 24.485 29.382 34.279
电压Ui /mV
二、蒸馏水的表面张力系数的测定
1.环状金属吊片的内外直径的测量和清洁 ◆测量金属圆环的内外直径D1、D2（6～10次取平 均) ◆清洗环状金属吊片和器皿 n
【思考题】
1. 实验前，为什么要清洁吊环？ 2.为什么吊环拉起的水柱的表面张力为
f ( D1 D2 )？
3.当吊环下沿部分均浸入液体中后，旋转大螺帽使得液面往下降，数 字电压表的示数如何变化？
★表面张力系数定义2：
A D 平衡时：
f 2 l
l 2l 液体薄膜 B C f *表面张力系数：
f 2l
（1）表面张力系数是液体本身的固有性，与液体的种类相关。 （2）与液体的温度有关。温度愈高，液体的表面张力系数愈小。 （3）与液体的纯度有关。 （4）与相邻的介质有关。
1.5 表面张力系数与表面能：
6
●读取温度计的液体温度T，查表（书中第312页）找出环
境温度下的表面张力系数标准值α0 。
●α的平均值与α0作百分差运算。
P =
0 0
100%
【注意事项】
1. 吊环应严格处理干净。可用NaOH溶液洗净油污或杂质后， 用清洁水冲洗干净，并用热吹风烘干。 2. 必须使吊环保持竖直，以免测量结果引入较大误差。 3. 在旋转升降台时，尽量不要使液体产生波动。 4. 玻璃器皿放在平台上，调节平台时应小心、轻缓，防止打破玻璃器皿。 5. 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。 6. 使用力敏传感器时用力不大于0.098N。过大的拉力传感器容易损坏。 7. 实验结束后须将吊环用清洁纸擦干并包好，放入干燥缸内。
1.3 表面张力产生的原因（从分子间的相互作用力f ）：
(平衡位置: r0=10-10 m)
r < r0 r = r0
斥力> 引力 斥力= 引力 斥力< 引力 无分子力
r > r0
r>分子作用 球半径
r= 10-8m 分子作用球半径：
r
A是液内分子；B和C是液体表面层分子。 空气 表面层 液体 A 液内分子A受力分析： A分子受到的分子作用力的合力为零：fi=0 表面层分子B和C的受力分析： 处于表面层的分子受到一个指向液体内部的分子吸引 力作用；宏观上表面层表现为一个被拉紧的弹性薄膜。
W f x f S 2l x 2l
2l ( J .m 2 ) 2l
l
2l 液体薄膜 B C
ΔS F
f
△x
C′
表面张力系 数等于液体增 加单位表面积 所作的功。
【实验原理】 2、表面张力的测定
将一表面洁净，外径为D1，内径为D2的金属圆环竖直 的浸入水中，缓慢将其从水中拉起，液膜破裂前后圆环 受 力分析如下： T
液体表面张力系数的测量
【实验目的】
1．学习用拉脱法测定室温下液体的表面张力系数；
2．熟悉FD—NST—I型液体表面张力系数测定仪的使 用方法；
3．学习力敏传感器的定标方法。
【实验仪器】
FD-NST-I型液体表面张力系数测定仪、片码、铝 合金吊环、吊盘、玻璃器皿、镊子
数字电压表
调零旋钮
环状金属吊片
T1 T2 F L ( D1 D2 )
我们用的 测力计是硅压阻力敏传感器，该传 感器灵敏度高，线性和稳定性好，以数字式 电压表输出显示。当拉力为F时，数字式电压 表的示数为U。
若吊环拉断液柱的前一瞬间数字电压表的读数值为U1（
对应T1），拉断时瞬间数字电压表的读数值为U2（对应
D1/mm
1
2
3
4
5
6
7
D2/mm
2.测定水的表面张力系数 ①. 将盛水的玻璃器皿放在平台上，并将洁净的 吊环挂在力敏传感器的小钩上，并对电压表清零；
②. 以逆时针转动升降台大螺帽时液体液面上升，当圆环下沿部
分均浸入液体中时，改为顺时针转动，这时液面往下降（或者说
相对圆环往上提起），观察圆环浸入液体中及从液体中拉起时的 物理过程和现象。圆环即将拉断液柱前一瞬间数字电压表的读数 值为U1，拉断时瞬间数字电压表的读数为U2，重复测量6次。计算 表面张力系数。
1
拉脱前
拉脱后
T2
环状金属吊片
F
Baidu Nhomakorabea
W1 mg 液膜
W2
(mg)’
T1、T2为向上的作用力，W1、W2为环金属吊片所受
重力和浮力之差，因为环状金属吊片在脱离液体表面前
就已经离开了液体表面， W1≈W2 。 mg 、（ mg)’ 为液膜所 受的重力， mg≈（mg)’ ,T1、T2之差就是表面张力F。据 表面张力系数的定义有：
【实验原理】
1、表面张力的相关基础知识
1.1 表面与表面层： 液体表面: 液体与气体或固体的接触面。
液体表面层：液体表面下厚度等于分子作用球半径的一层液层。
r r
8
r 10 m
water Water drop
1.2 生活中液体表面现象举例：
液体具有尽可能缩小其表面的趋势，在宏 观上，液体表面就好像是一张拉紧了的弹性膜， 处在沿着表面的并使表面具有收缩趋势的张力 作用之下，这种张力叫做液体的表面张力。
T2），则有
U1 U 2 F T1 T2 B
故表面张力系数为：
（B 传感器灵敏度系数）
U1 U 2 B ( D1 D2 )
【实验内容及步骤】
一、力敏传感器定标
1．开机预热15分钟 2．仪器调零 3.在力敏传感器上加不同质量的砝码，测出相应的电压输出值， 计算灵敏度系数。
C
B
1.4 表面张力系数的定义（两个角度）
由于液面处于紧张状态，在液面上存在
着起收缩作用的表面张力。这些表面张力都 与液面相切，并且与线段AB 垂直；它们大 小相等，方向相反，分别作用在两部分液面 上。 实验表明: 表面张力的大小正比于 线段AB的长度。 A
f l
f l
B
f f
f ( N / m) ★表面张力系数定义1： l
测量次数 1 2 3 4
U1(mV)
U2(mV)
U(mV) f( 10-3N) ɑ(( 10-3N/m)
5
6
三、实验数据处理
●由公式
(U 1 U 2 ) F i L B( D1 D2 )
可计算得到：α1 ,α2 ,α3 ,α4 ,α5，α6 ●求其平均值：
=
1 2 5 6
U B mg
砝码质量mi /g 重力Fi (10-3N) 0.500 4.897 1.000 9.794 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 14.691 19.588 24.485 29.382 34.279
电压Ui /mV
二、蒸馏水的表面张力系数的测定
1.环状金属吊片的内外直径的测量和清洁 ◆测量金属圆环的内外直径D1、D2（6～10次取平 均) ◆清洗环状金属吊片和器皿 n
【思考题】
1. 实验前，为什么要清洁吊环？ 2.为什么吊环拉起的水柱的表面张力为
f ( D1 D2 )？
3.当吊环下沿部分均浸入液体中后，旋转大螺帽使得液面往下降，数 字电压表的示数如何变化？
★表面张力系数定义2：
A D 平衡时：
f 2 l
l 2l 液体薄膜 B C f *表面张力系数：
f 2l
（1）表面张力系数是液体本身的固有性，与液体的种类相关。 （2）与液体的温度有关。温度愈高，液体的表面张力系数愈小。 （3）与液体的纯度有关。 （4）与相邻的介质有关。
1.5 表面张力系数与表面能：
6
●读取温度计的液体温度T，查表（书中第312页）找出环
境温度下的表面张力系数标准值α0 。
●α的平均值与α0作百分差运算。
P =
0 0
100%
【注意事项】
1. 吊环应严格处理干净。可用NaOH溶液洗净油污或杂质后， 用清洁水冲洗干净，并用热吹风烘干。 2. 必须使吊环保持竖直，以免测量结果引入较大误差。 3. 在旋转升降台时，尽量不要使液体产生波动。 4. 玻璃器皿放在平台上，调节平台时应小心、轻缓，防止打破玻璃器皿。 5. 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。 6. 使用力敏传感器时用力不大于0.098N。过大的拉力传感器容易损坏。 7. 实验结束后须将吊环用清洁纸擦干并包好，放入干燥缸内。
1.3 表面张力产生的原因（从分子间的相互作用力f ）：
(平衡位置: r0=10-10 m)
r < r0 r = r0
斥力> 引力 斥力= 引力 斥力< 引力 无分子力
r > r0
r>分子作用 球半径
r= 10-8m 分子作用球半径：
r
A是液内分子；B和C是液体表面层分子。 空气 表面层 液体 A 液内分子A受力分析： A分子受到的分子作用力的合力为零：fi=0 表面层分子B和C的受力分析： 处于表面层的分子受到一个指向液体内部的分子吸引 力作用；宏观上表面层表现为一个被拉紧的弹性薄膜。