液体表面张力系数的测定报告模板.doc

液体表面张力系数的测定实验报告模板
【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】液体具有尽量缩小其表面的趋势,好像液体表面是一张拉紧了的橡皮膜一样。这种沿着表面的、收缩液面的力称之为表面张力。测量表面张力系数的常用方法：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。此试验中采用了拉脱法。拉脱法是直接测定法，通常采用物体的弹性形变（伸长或扭转）来量度力的大小.液体表面层内的分子所处的环境跟液体内部的分子不同。液体内部的每一个分子四周都被同类的其他分子所包围，他所受到的周围分子合力为零。由于液体上方的气象层的分子很少,表层内每一个分子受到的向上的引力比向下的引力小，合力不为零.这个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，并使得液体表面自然收缩，直到处于动态平衡。
表面张力 f 与线段长度 L 成正比。即有：
f = αL (1)
比例系数α 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α = F − mg2( L + d )
本实验用金属圆环代替金属片，则有
α =

F − mg

π (d1 + d2 ）

式中 d1、d2 分别为圆环的内外直径。
【实验步骤】1．调 “三线对齐”
2． 测量弹簧的倔强系数 K
3．测（F－mg）值。
F − mg = f = K ∆S

代入得

K

α =
∆S

π (d
+ d
)

1
2

4．用卡尺测出 d1、d2 值，将数据即可算出水的α 值。
5. 再记录室温，可查出此温度下蒸馏水的标准值α ，并做比较.
四、强调注意事项：
1．由于杂质和油污可使水的表面张力显著减小，所以务必使蒸馏水、烧杯、金属片保
持洁净。
2．清洁后的用具，切勿用手触摸，应有镊子取出或存放。
3．测量 S 时要避免水膜提前破裂，否则实验误差较大，其中引起水膜提前破裂的因素 有：桌面的震动，空气的流动，金属圆环底部不水平等。【数据处理】
1。用逐差法计算弹簧的倔强系数（实验温度：180C)
砝码数
增重读数(mm）
减重读数(mm)
平均数（mm)
（mm)
0
246。82
246.32
246.57
49.56
1
255。78
254。82
255。05
50。00
2
264.62
264。44
264。61
50.60
3
275.44
275.32
275.38
50.69
4
284.32
285.42
284。87
49。95
5
296。44
295.82
296。13

6
305.22
304.88
305.05
7
315.24
315.18
315.21
8
326.32
325。82
326。07
9
334.52
335.12
334.82
50。16
=0.976
0。485
0.584
=0.02mm
=0。560
=0。010
2．计算液体表面张力
次数
初始位置S0(mm）
水膜破裂时读数Si(mm)
ΔS=Si－S0（mm)
（mm)
1
245.60
247。76
2.16
2.05
2
238。82
240。70
1.88
3
231。62
233.84
2.22
4
224。42
226.56
2。14
5
217。48
219。32
1。84
0。188
0.226
0.02mm
=0。226
3。 金属环外、内直径的测量（本实验直接给学生结果)

平均值(mm）
d1
 34.92
d2
 33。12
0。009
3．计算表面张力系数及不确定度
0.462
4。表面张力系数的理论值：0。0728
【误差分析】
1. 定标时砝码盘摇晃，会使传感器受到大于砝码盘（含砝码)重力的力的作用，这会导致测得的电压值偏大,致使定标获得的k过大，导致最后求得的结果偏小
2. 如果吊环不水平，则会导致水面在下降过程中，水膜并不是同时破裂，实际作用于吊环 的水膜长度只是吊环周长的一小部分，这会会导致最后求得的结果偏小
3。 测定仪测量电压值并不是连续的，需要一定的时间来进行反应，若在水膜即将破裂时水面下降过快，传感器尚未显示出实际的最大电压值, 吊环就已经脱离水面.这样会导致所测得的张力过小，从而导致求得的系数过小；
【思考题】
1。 用焦利称测量微小力的依据是什么？
答：如果我们在砝码托盘上加X克砝码，弹簧伸长了某一长度,细金属杆上镜中的标线即向下移动，此时三线不再重合.转动旋钮使管向上移动，因而细金属杆也随之向上移动。当三线又重合时，在管及管的游标上可读出第二个读数,该读数与第一个读数这差就是弹簧在增加X克重量时所伸长的长度.
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：竖直向下的重力，液体表面张力沿竖直方向向下的分力，弹簧拉力
3． 分析（2）式成立的条件,实验中应如何保证这些条件实现?
答:（2)式在欲脱离水膜而又恰未脱离的极限状态时成立,应该保证金属圆环水平拉
出水面
4． 本实验中为何安排测（F—mg），而不是分别测F和mg？
答：因为直接测F比较麻烦，而且F改变得较小，可能需要力传感器，实现起来不方便也不简单。
5. 本实验影响测量的主要因素有哪些？这些因素使偏大还是偏小？
答：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a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
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