液体表面张力(0002).docxVIP

液体表面张力

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作用，其方向与L垂直，大小与线段L成正比。即有：=γL

比例系数γ称为液体表面张力，其单位为N/m.

将一表面洁净的长为L、宽为d的圆形金属环（或金属丝）竖直浸入水中，然后慢慢提起一张水膜，当金属环将要脱离液面，即拉起的水膜刚好要破裂时，则有：F=mg+,式中F为把金属环拉出液面时所用的力；mg为金属环和带起的水膜的总质量；f为张力。此时，与接触面的周围边界π（）,则有γ=，式中D1,D2分别为圆环的内外直径。

实验表明，γ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，γ值越小，液体含杂质越多，γ值越小，只要上述条件保持一定，则γ是一个常量，所以测量γ时要记下当时的温度和所用液体的种类及纯度。

【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，使焦利称立柱竖直。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之间，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。

测量弹簧的劲度系数k.依次增加1.0g砝码，即将质量为1.0g,2.0g,3.0g,…,9.0g,10.0g的砝码加在下盘内。调整小游标的高度，每次都重新使其三线对齐，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，每次都重新使之三线对齐，分别记下游标0线所指示的读数，，，…，，取二者平均值，用逐差法求出弹簧的劲度系数。即=，Δ=，k=

测（F-mg)值。将洁净的金属圆环挂在弹簧下端的小钩子上，把装有蒸馏水的烧杯置于焦利平台上，调整平台高度，使金属圆环恰好停在液面为止，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。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

00.02mm

=0.402465

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

0.06323

3．计算表面张力系数及不确定度

0.0083

表面张力系数的理论值：0.0728

【误差分析】1.系统误差：张力的测量2.所测液体不纯，引入系统误差3.内外径测量存在误差。4.温度测量存在误差5.盛水的器皿不干净6.桌面的震动，空气的流动，金属圆环底部不水平硬气水膜的提前破裂等。

【思考题】

1.用焦利称测量微小力的依据是什么？

答：焦利称支架上设有游标精确度为0.02mm.

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：金属环竖直向下的重力，水膜的张力，弹簧竖直向上的拉力。

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：张力的测量以及（F—mg）的测量，减小外界因素例如桌面振动等对实验数据的影响，在测量力的时候注意保持水平，并记录在水膜刚好要破裂时的读数，以减小实验误差。

4．本实验中为何安排测（F—mg），而不是分别测F和mg？

答：减小实验误差。

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：液体的种类、纯度、温度和液面上方的气体成分，液体温度越高，γ值越小，液体含杂质越多，γ值越小；桌面的震动、空气的流动、金属圆环底部不水平等引起水膜的提前破裂导致实验误差增大，使得计算出γ值偏小。

实验数据图