液体表面张力系数测定物理实验

液体表面张力系数的测定实验报告

【实验目的】

1．学会用拉脱法测定液体的表面张力系数。 2．了解焦利氏秤的构造和使用方法。 3．通过实验加深对液体表面现象的认识。

【实验仪器】

焦利氏秤1把，U 形金属环1条，砝码1盒，镊子1把，玻璃皿1个，温度计1支，酒精灯1个，蒸馏水100ml ，游标尺1把。

【实验原理】

由于液体分子与分子间的相互作用，使液体表面层形成一张紧的膜，其上作用着张力，叫做表面张力。设想在液面上作长为L 的线段，线段两侧便有张力f 相互作用，其方向与L 垂直，大小与线段长度L 成正比，如图3-1所示。即有

L f α=

式中α为表面张力系数，其单位为m N /。

表面张力系数是研究液体表面性质所要用到的物理量，不同种类的液体，α值不同；同一种液体的α值随温度上升而减小；液体不纯净，α值也会改变。因此，在测定α值时必须注明在什么温度下进行，液体必须保持纯净。

图

3-1

测量表面张力系数α的方法很多，本实验用拉脱法测定。

将环形金属环浸入液体中，然后慢慢拉起，这时在金属环内带起了一层薄膜，如图3-2所示。要想使金属环由液面拉脱，必须用一定的力F 。

21f f mg F ++=(注意有两个表面)

)

(21d d mg

F +-=

πα （3-2）

本实验用焦利氏秤测出F ，然后代入式（3-2）计算出α值。

二、 仪器构造

焦利氏秤实际上就是一个比较精确的弹簧秤，焦利氏秤的构造如图所示，用焦利氏秤测力是根据胡克定律

x k F ∆=

式中，k 为弹簧的劲度系数，等于弹簧

伸长单位长度的拉力, x ∆为弹簧伸长量，如果已知k 值，再测定弹簧在外力作用下的伸长量x ∆，就可以算出作用力F 的大小。

【实验步骤】

一、k 值的测定

1．按图3-3挂好弹簧，小指针和砝码盘，再调节底板三角底座上的螺丝，使

图3-2

小指针处于镜子中，能上下自由振动且不与镜子相碰；

2．调节旋钮D ，使镜子上的标线处于“三线重合”位置（镜子刻线、小指针和小指针的像重合），读出标尺上的读数0x 。如弹簧振动不停，可将镊子靠在弹簧上端，轻轻阻挡弹簧，即可停止振动；

3．在砝码盘上加1.0g 、2.0g 、3.0g 、4.0g 、5.0g 、6.0g 、7.0g 、8.0g 、9.0g 的砝码，调节小游标，当刻线重新处于“三线重合”位置时，读出读数；

、、、、、、、、987654321L L L L L L L L L ; 4．再加入 1.0g 砝码，然后依次取出 1.0g 砝码，分别记下

;'''''''''987654321L L L L L L L L L 、、、、、、、、，取二者平均值，用逐差法求出弹簧的劲

度系数。即

2

'i

i i L L L +=

-

∑=+-=∆4

5)(51i i i L L L

L

mg

k ∆=

5

二、 mg F -的测定

1. 先用洗涤液，再用蒸馏水洗净玻璃皿，把装有蒸馏水的玻璃皿放在平台上。用镊子夹住金属环在洒精灯上烧干，再挂在挂钩上；

2. 调节旋钮，使镜子刻线处于“三线重合”位置，读出标尺上的读数0S ；

3. 调节旋钮，让金属环的水平部分和液面接触（水平部分如果和液面不行， 可用镊子调整金属环几次）；

4．观察镜子刻线是否在“三线重合”位置，如果不在，继续调节旋钮，直至标线处于“三线重合”位置；

5．在镜子刻线始终处于“三线重合”的情况下拉脱液膜，读出读数1S 。这个

过程的动作应缓慢，旋转旋钮使平面台微降，液膜被拉起，这时弹簧伸长，再不断旋转旋钮控制平台，直至液膜恰好破灭；

6．重复步骤2、3、4、5共5次，将数据记入表3-2中；

7．用游标尺测出金属环的内外直径；、mm 94.34mm 04.3321==d d

S k mg F ∆=-

)

(21d d S

k +∆=

πα

【数据记录与处理】 1. 利用上式计算出k 、α。

2. 根据温度T ，在α-T 表上查出该温度下水的表面张力系数0α，与所测量的α作比较，算出百分误差。

表3-1 k 值的测定

886.14=∆L

mm

4471.0204.1*37138.05

95

.0*

1

5)

(2

4

==-∆-∆=

∆∑=∆t L L A i

i L mm mm 02.0=∆B 4472.022=∆+∆=

∆∆∆B A L L mm

mm L L L 4472.0886.14±=∆±∆=∆∆

29.3=k N/m （g=9.8）

表3-2 F 的测定

T=__16___,c ︒ m N /0733.00=α

mm S S i i 508.4515

1

=∆=∆∑=

mm t S S A i i

S 0403.0204.1*033466.05

*

1

5)

(95

.05

1

2

==-∆-∆=

∆∑=∆ mm B 02.0=∆

mm B A S S 04472.022=∆+∆=∆∆∆

mm S S S 04472.0508.4±=∆±∆=∆∆

m N /06948.0)98.67*14.3/(508.4*29.3==α

相对不确定度 mm S

L S L 0313.0000982.0)()(

2

2==∆∆+∆∆=∆∆∆αμ 不确定度 m N /00217.00313.0*06948.0===∆∆αμαα 张力系数 m N /00217.006948.0±=∆±=ααα

百分误差=

⨯-0

ααα100%=_5.2%_____ 【附表及实验数据】

表3-3 水对空气的-0αT 表