液体表面张力系数测定物理实验

【实验目的】

1．学会用拉脱法测定液体的表面张力系数。 2．了解焦利氏秤的构造和使用方法。 3．通过实验加深对液体表面现象的认识。

【实验仪器】

焦利氏秤1把，U形金属环1条，砝码1盒，镊子1把，玻璃皿1个，温度计1支，酒精灯1个，蒸馏水100ml，游标尺1把。

【实验原理】

由于液体分子与分子间的相互作用，使液体表面层形成一张紧的膜，其上作用着张力，叫做表面张力。设想在液面上作长为L的线段，线段两侧便有张力f相互作用，其方向与L垂直，大小与线段长度L成正比，如图3-1所示。即有

fL

图3-1

式中为表面张力系数，其单位为N/m。

值表面张力系数是研究液体表面性质所要用到的物理量，不同种类的液体，不同；同一种液体的值随温度上升而减小；液体不纯净，值也会改变。因此，在测定值时必须注明在什么温度下进行，液体必须保持纯净。

测量表面张力系数的方法很多，本实验用拉脱法测定。

将环形金属环浸入液体中，然后慢慢拉起，这时在金属环内带起了一层薄膜，如图3-2所示。

图3-2 要想使金属环由液面拉脱，必须用一定的力F。

Fmgf1f2(注意有两个表面)

Fmg （3-2）

(d1d2)

本实验用焦利氏秤测出F，然后代入式（3-2）计算出值。

二、 仪器构造

焦利氏秤实际上就是一个比较精确的弹簧秤，焦利氏秤的构造如图所示，用焦利氏秤测力是根据胡克定律

Fkx

式中，k为弹簧的劲度系数，等于弹簧

伸长单位长度的拉力, x为弹簧伸长量，如果已知k值，再测定弹簧在外力作用下的伸长量x，就可以算出作用力F的大小。

【实验步骤】

一、k值的测定

1．按图3-3挂好弹簧，小指针和砝码盘，再调节底板三角底座上的螺丝，使小指针处于镜子中，能上下自由振动且不与镜子相碰；

2．调节旋钮D，使镜子上的标线处于“三线重合”位置（镜子刻线、小指针和小指针的像重合），读出标尺上的读数x0。如弹簧振动不停，可将镊子靠在弹簧上端，轻轻阻挡弹簧，即可停止振动；

3．在砝码盘上加、、、、、、、、的砝码，调节小游标，当刻线重新处于“三线重合”位置时，读出读数L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9；;

4．再加入砝码，然后依次取出砝码，分别记下

L'1、L'2、L'3、L'4、L'5、L'6、L'7、L'8、L'9;，取二者平均值，用逐差法求出弹簧的劲

度系数。即

LiLiL'i 214L(Li5Li)

5i0k5mg L

二、 Fmg的测定

1. 先用洗涤液，再用蒸馏水洗净玻璃皿，把装有蒸馏水的玻璃皿放在平台上。用镊子夹住金属环在洒精灯上烧干，再挂在挂钩上；

2. 调节旋钮，使镜子刻线处于“三线重合”位置，读出标尺上的读数S0； 3. 调节旋钮，让金属环的水平部分和液面接触（水平部分如果和液面不行， 可用镊子调整金属环几次）；

4．观察镜子刻线是否在“三线重合”位置，如果不在，继续调节旋钮，直至标线处于“三线重合”位置；

5．在镜子刻线始终处于“三线重合”的情况下拉脱液膜，读出读数S1。这个过程的动作应缓慢，旋转旋钮使平面台微降，液膜被拉起，这时弹簧伸长，再不断旋转旋钮控制平台，直至液膜恰好破灭；

6．重复步骤2、3、4、5共5次，将数据记入表3-2中；

7．用游标尺测出金属环的内外直径d133.04mm、d234.94mm；

FmgkS



【数据记录与处理】 1. 利用上式计算出k、。

kS

(d1d2) 2. 根据温度T，在-T表上查出该温度下水的表面张力系数0，与所测量的作比较，算出百分误差。

表3-1 k值的测定

砝码质量/g 增重读数Li/mm 减重读数L'i/mm 平均值Li/mm L14.886mm

AL(LL)ii04251*t0.950.37138*1.2040.4471mm 5 0.02mm LA2LB20.4472mm

LLL14.8860.4472mm

k

表3-2 F的测定

T=__16___c, 00.0733N/m 次数 1 2 3 4 5 初始位置S0/mm 水膜破裂时读数x/mm 弹簧的伸长S/mm 3.29 N/m （g=）

15 SSi4.508mm

5i1 AS(SS)ii15251*t0.950.033466*1.2040.0403mm 5 B0.02mm

SA2SB20.04472mm

SSS4.5080.04472mm

3.29*4.508/(3.14*67.98)0.06948N/m

相对不确定度 (L2S2)()0.0009820.0313mm LS 不确定度 0.06948*0.03130.00217N/m 张力系数 0.069480.00217N/m

百分误差=

0100%=%_____ 0【附表及实验数据】

表3-3 水对空气的0T表

T/C 0/Nm1 T/C 0/Nm1 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40