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

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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：

FfL

α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，则：

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L0.

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

L-L Liii

214 L(Li5-Li)

5i0 K5g L精选

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S0。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—S0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

（d1d2）4．用卡尺测出d1，d2值，将数据代入式中即可算出水的α值。再记录室温，可查出此温度下蒸馏水的标准值α，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：18C）

砝码数 增重读数(mm) 减重读数(mm) 平均数Li(mm) Li5-Li(mm) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 298.62 302.16 306.00 309.26 313.68 317.22 320.46 324.46 328.24 331.72 299.04 302.72 306.40 310.14 313.42 316.78 320.70 324.30 328.12 331.76 298.83 302.44 306.20 309.70 313.55 317.00 320.58 324.38 328.18 331.75 18.17 18.14 18.18 18.48 18.20 0

14L(Li5-Li)18.234 mm

5i0K5g= 2.695 N/m LLLL/(51)0.139 mm

2i精选

At0.95L0.167 mm nB仪=0.019 mm 1.05L2A2B=0.168 mm

K-5gL2L2

2．计算液体表面张力f

次数 1 2 3 4 5 初始位置S0(mm) 水膜破裂时读数Si(mm) ΔS=Si－S0(mm) 279.32 280.04 279.30 279.38 279.12 2S(mm) 281.38 281.60 281.30 281.38 281.64 2.06 1.56 2.00 2.00 2.52 2.028 SASS/(51)0.116 mm it0.95S0.140 mm nB仪0.019 mm 1.05S2A2B=0.141 mm

3. 金属环外、内直径的测量(本实验直接给学生结果)

d1 d2

平均值(mm) 34.92 33.12 KS0.0256 N/m

(d1d2)3．计算表面张力系数及不确定度

精选

SKKS0.0909 N/m

(d1d2)(d1d2)4. 表面张力系数的理论值：(75.50.15t)103N/m0.0728 N/m

22【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？

答：实验器材保持洁净，不用手触摸，用镊子夹取。保持金属环底部水平，实验环境的稳定。

4． 本实验中为何安排测（F—mg），而不是分别测F和mg？ 答：F和mg无法直接测量

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：温度因素，温度升高结果偏小。待测液纯度，杂质越多结果越小。操作因素，具体情况具体分析。

【附上原始数据】

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