液体表面张力系数2015

阶段3
1. 阶段1的受力分析
吊环下沿浸没在水中时，有
吊环下沿拉离水面，开始拉起液膜时，有
这里，f 为表面张力
电压表读数达到最大值，此时有
16
2. 阶段2的受力分析
达到最大值后，继续反方向转动调节螺母，可 以发现，电压表读数开始减小，这主要是因为 附 着在液膜上的水 在重力的作用下向下滑，所以拉 力减小。
17
3. 阶段3的受力分析
在液膜拉破前瞬间有：
F1 = mg + f1 + f2 = mg + f
在液膜拉破后瞬间有：
F2 = mg
由此，可以得到液体的表面张力：
液体的表面张力系数
18
五、数据记录
表1 力敏传感器定标
m/g 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 U/mv
灵敏度：K =
mv/N ； 拟合的线性相关系数：r =
.
注：广州地区的重力加速度g=9.788m/s 2.
12
金属环外径D1=_________cm,内径D2=_______ cm,
水的温度：T=________℃.
铝合金吊环参考值：外径φ3.496cm、内径φ3.310cm.
14
15
实验现象的受力分析
对整个的实验过程，可以分为以下3个阶段：
吊环浸没在水中， 电压表显示负值
反方向旋转螺母， 电压表读数增加
继续旋转读数增
加到一个最大值 阶段1
继续旋转， 读数开始减小
阶段2
此时，观察电压表 读数，记下U1、U2
减小到某一个 值，液膜破裂
（2）结构简图
1.力臂固定点 2.硅力敏传感芯片 3.弹性梁 4.挂钩
8
（3）原理
灵敏度：传感器输出量增量与相应输入量增量之 比，单位为 mv/N。它表示每增加 1N 的 力，力敏传感器的电压改变量为 K mv。
△U＝K·△F
式中: △F ：外力的增量
K ：传感器的灵敏度 △U ：相应的电压改变量
（2）调节容器下的升降台，使其渐渐上升，将环片的下沿部分 全部浸没于待测液体，然后反向调节升降台，使液面逐渐下降， 这时，金属环片和液面间形成一环形液膜，继续下降液面，测 出环形液膜即将拉断前一瞬间数字电压表读数值 U1和液膜拉断 后一瞬间数字电压表读数值U2。 △U＝U1-U2
5. 求出α，并与标准值进行比较。
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
6
三、实验仪器
1. 实验装置
1.底座及调节螺丝 2.升降调节螺母 皿
3.培养
4.金属片状圆环
5.硅压阻式力敏传感器及金
属外壳6.数字电压表
7
2. 硅压阻式力敏传感器的结构及原理
（1）传感器
传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一 定的规律转换成便于测量和传输的信号的装置。电信 号易于处理，所大多数的传感器是将是将物理量等信 号转换成电信号输出的。
F2 = mg 同样有 U2 = KF2 ? 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
U1－ U2 = △U = K·△F = K（F1－ F2）= Kαл(D1+ D2) 由上式可以得到液体的表面张力系数为 :
? ? U1 ? U2 ?
?U
K? (D1 ? D2 ) K? (D1 ? D2 )
f 存在于表层，方向恒与直线垂直，大小与直线 的长度 L 成正比，
即 f ＝αL
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N·m -1。它的大小与 液体的成分、纯度、浓度以 及温度有关。
二、实验原理
? 使用片状吊环，在液膜拉破前瞬 间，考虑一级近似，认为液体的 表面张力为：
9
10
四、实验内容及步骤
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。
2. 传感器定标：
（1）在传感器梁端头小钩中，挂上砝码盘，调节电子组合仪 上的补偿电压旋钮，使数字电压表显示为零。
（2）在砝码盘上分别如0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、 3.0g等质量的砝码，记录相应这些砝码力 F作用下，数字 电压表的读数值V.
（3）用最小二乘法作直线拟合,求出传感器灵敏度K 和线性
相关系数r 。
11
3.用游标卡尺测量吊环的内外直径 。
4.液体表面张力系数的测定
（1）将金属环状吊片挂在传感器的小钩上，调节升降台，将液 体升至靠近环片的下沿，观察环状吊片下沿与待测液面是否平 行，如果不平行，将金属环状片取下后，调节吊片上的细丝， 使吊片与待测液面平行。
f = f1 + f2 = αл(D1+ D2) 这里α为表面张力系数，D1、 D2分别为吊环的外径和内径。
? 片状吊环在液膜拉破前瞬间有：
液膜拉破前瞬间的受力分析图
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 = KF1
5
? 片状吊环在液膜拉破后瞬间有：
拉脱法 测量液体的表面张力系数
? 用拉脱法测量室温下液 体的表面张力系数。
? 学习力敏传感器的定标 方法。
wenku.baidu.com
2
主要内容
一、基本知识点 二、实验原理 三、实验仪器 四、实验内容及步骤 五、数据记录 六、实验思考
一、基本知识点 1、表面张力
其他相 液相
净力
图1. 液体的表面张力
4
2、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
表2 水的表面张力系数测定
编号
1 2 3 4 5
U1/mv
U2/mv
ΔU/mv
△F/N
平均值： ? =________N/m.
α/N·m -1
13
附： 水的表面张力系数标准值
水温t / ℃
10
15
20
25
30
α/N·m-1 0.07422 0.07322 0.07275 0.07197 0.07118