液体表面张力系数的测定报告

液体表面张力系数的测定报告

南昌大学物理实验报告

课程名称： _______________ 大学物理实验

实验名称： _______ 液体表面张力系数的测定

学院：管理学院专业班级: __________________________ 学生姓名： _______________ 学号：______________________ 实验地点：基础实验大楼608 座位号：___________________ 实验时间： ________ 第三周星期天下午四点开始

液体表面张力系数的测定实验报告

【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 f L

a称为液体表面张力系数，单位：N/m。

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。其中，F为拉出时所用的力，mg为金属片和带起的水膜的总质量，f为表面张力。实验中利用金属圆环，贝

f=F-mg

【实验步骤】

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L o.

2 •测母弹簧的倔强系数K :依次增加1.0g砝码•即将质量为 1.0g，

2.0g .

3.0g ,…，9.0g 的砝码加在下盘内。调整小游标的高度•每次都重新使三 线对齐，分别记下游标 0线所指示的读数L1 . L2，…，L9 ;再逐次减少1.0g 砝码•调整小游标的高度•每次都重新使三线对齐，分别记下游标。线所指示 的读数L9 ' L8 '….L0 '取二者平均值，用逐差法求出弹簧的倔强系数。即

-(匚-L)

5 i 0

5g L

3. 测（F 一 mg ）值。将洁净的金属圆环挂在弹簧下端的小钩子上，调整小游标的 高度使三线对齐•记下此时游标 0线指示读数S 。。把装有蒸馏水的烧杯置于焦 利平台上，调节平台位置，使金属片浸入水中，转动平台旋钮使平台缓缓下降， 下降的过程中金属圆环底部会拉成水膜，在水膜还没有破裂时需调节三线对齐，

然后再使平台下降一点，重复刚才的调节，直到平台稍微下降，金属圆环刚好 脱出液面为止，记下此时游标 0线所指示的读数S ，算出△ S=S — S 0的值，即为 在表面张力作用下弹簧的伸长量，重复测量5次，求出平均值，此时有F-mg=f=K △ S

代入可得：

k s （d - d 2）

4. 用卡尺测出di ，d2值，将数据代入式中即可算出水的a 值。再记录室温， 可查出此温度下蒸馏水的标准值a ，并做比较 .

【数据处理】

1. 用逐差法计算弹簧的倔强系数K （实验温度: 180

C ）

L i

L i -L i 2

L 1(LH-匚)18.234 mm

5 i o

2・695 N/m

K 5L=

0.139 mm

L L i S(5 i)

to；L 0.167 mm

ii=°・019 mm

L 2A 2B =0.168 mm

2 •计算液体表面张力f

5

279.12 281.64 2.52

s S

s 「/(5 i)

0.116 mm

s ； ；

=0.141 mm

3. 金属环外、内直径的测量(本实验直接给学

生结果)

3 •计算表面张力系数及不确定度

t o.95 A n

s

0.140 mm

仪

1.05

0.019 mm

K s

(d 1 d 2)

0.0256 N/m

4. 表面张力系数的理论值：

(75.5 0.15t) 10 3

N/m

0.0728 N/m

【误差分析】

1. 由于水是自来水，其中还有漂白粉，金属离子等杂质，故导致实验误差较大！

2. 操作中，无法保证金属环面水平，使得液膜提前破裂，导致出现误差.

3. 读数时很难保证绝对静止时读数，导致读数的人为误差.

4. 由数据的标准差可知，数据偏离程度较大，拟合程度不好

5. 实验的焦利秤立柱未达到竖直. 【思考题】

1. 用焦利称测量微小力的依据是什么？

答：焦利称就是一个弹簧测力计，它的刻度 分度值为0.02mm 三线合一时可以精确测量。

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：受到竖直向下的重力，收到向下的液体 表面张力，粘附在金属环上的液珠的重力，以及 金属丝对圆环向上拉力。

3. 分析(2)式成立的条件，实验中应如 何保证

这些条件实现？

d 2)

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0.0909 N/m