实验十一 液体表面张力系数的测定

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1、实验十一液体表面张力系数的测定表面张力是液体表面的重要特性，这种应力存在于极薄的表面层内，是液体表面层内分子力作用的结果。液体表面层的分子有从液面挤入液体内的趋势，从而使液体尽量缩小其表面的趋势，整个液面如同一张拉紧了的弹性薄膜。我们将这种沿着液体表面，使液体表面收缩的力称作液体表面张力。作用于液面单位长度上的表面张力称作表面张力系数。测量该系数的方法有：拉脱法、毛细管法和最大气泡压力法等。本书实验介绍用拉脱法及毛细管法测定液体表面张力系数。拉脱法属于直接测量方法，而毛细管法属于间接测量方法方法一用拉脱法测液体的表面张力系数【预习要求】1.掌握了解拉脱法测量表面张力系

2、数的原理。2.熟悉焦利称的结构和使用方法。3.设计出实验数据记录表格。【实验目的】1.学习焦利秤的使用方法。2.用拉脱法测量液体的表面张力系数，了解液体的表面特性。【实验仪器】焦利秤，金属丝框，砝码，玻璃皿，游标卡尺，温度计【实验原理】设想在液面上有一长为的线段，那么表面张力的作用就表现在线段两边的液面以力相互作用，的方向垂直于线段，且与液面相切，大小与的长度成正比，即(11-1)式中为液体的表面张力系数，它在数值上等于作用在液体表面单位长度上的力。在国际单位制中，表面张力系数的单位为牛[顿]每米，记为。表面张力系数的大小与液体的性质、温度和所含的杂质有关。如图11-

3、1所示，将金属丝框垂直浸入水中润湿后往上提起，此时金属丝框下面将带出一水膜。该膜有着两个表面，每一表面与水面相交的线段上都受到大小为，方向竖直向下的表面张力的作用。要把金属丝框从水中拉脱出来，就必须在金属丝框上加一定的力。当水膜刚要被拉断时，则有(11-2)式中分别为金属丝框和水膜所受的重力。据上式有(11-3)设金属丝的直径为，当水膜刚要被拉断时膜的高度为，水膜的长度为。因为拉出的液膜有前后两个表面，中间有一层厚度约为的被测液体膜，该液体膜所受重力为：。由上式可见，只要测量金属丝框的宽度、直径和水膜拉断时的高度，用焦利称测出之值，就可用式（11-3）算出水的表面张力

4、系数。仪器介绍焦利秤，金属丝框，砝码，玻璃皿，游标卡尺，温度计。焦利秤是一种精细的弹簧秤，常用于测量微小的力。如图11-2所示，带有米尺刻度的圆柱套在中空立管内，管上附有游标。调节旋钮可使在管内上下移动。的横梁上悬挂一个锥型细弹簧，弹簧的下端挂着一面刻有水平线的小镜，小镜悬空在刻有水平线的玻璃管中间。小镜下端的小钩用来悬挂砝码盘和金属丝框。调节螺旋可让工作平台做上下移动。使用焦利秤时，通过调节旋钮使圆柱上下移动，从而调节弹簧的升降，目的在于使小镜上的水平刻线、玻璃管上的水平刻线、以及刻线在小镜中的象三者重合(简称“三线对齐”)，这样可以保持线的位置不变。应当指出，普通

5、弹簧秤是上端固定，加负荷后向下伸长。而焦利秤是保持弹簧的下端(线)的位置不变，则弹簧加负载后的伸长量与弹簧上端点向上的移动量相等，它可用圆柱上的主尺和套管上的游标来测量。再根据胡克定律(11-4)在已知弹簧劲度系数的条件下，求出力的量值。【实验内容】一、测量弹簧的劲度系数1.挂好弹簧、小镜和砝码盘，使小镜穿过玻璃管并恰好在其中。2.调节三足底座上的底脚螺丝，使立管处于铅直状态。3.调节升降旋钮，使小镜的刻线、玻璃管的刻线、及在小镜中的象三者重合。从游标上读出未加砝码时的位置坐标。4.在砝码盘内逐次添加相同的小砝码（如取）。每增添一只砝码，都要调节升降旋钮，使焦利秤重新

6、达到“三线对齐”，再分别读出其位置坐标。5.用逐差法处理所测数据，求出弹簧的劲度系数。二、测量水的表面张力系数1.把金属丝框、玻璃皿和镊子清洗干净，并用蒸馏水冲洗。用镊子将金属丝框挂在小镜下端的挂钩上，同时把装入适量蒸馏水的玻璃皿置于平台上。2.调节平台升降螺旋，使金属丝框浸入水中。再调节升降旋钮，使焦利秤达到“三线对齐”，记下游标所示的位置坐标。3.调节升降旋钮，使金属丝框缓缓上升，同时调节使液面逐渐下降，并保持“三线对齐”。当水膜刚被拉断时，记下游标所示的位置坐标。4.重复上述步骤6次，求出弹簧的伸长量和平均伸长量，于是有。5.记录室温，并用游标卡尺测量金属丝框的

7、宽度，测量6次。6.根据式(11-3)算出液体的表面张力系数的平均值，并计算出其标准误差，写出测量结果。【注意事项】1.金属丝框，玻璃皿和玻璃皿中的蒸馏水必须保持清洁，请勿用手触摸。2.不要使锥型弹簧的负载超过规定值(由实验室给出)，以免弹簧变形损坏。【实验数据】表11-1测量弹簧劲度系数0516273849表11-2测量水的表面张力系数次数123456______【实验讨论】1.测金属丝框的宽度时，应测它的内宽还是外宽？为什么？2.若中空立管不垂直，对测量有何影响？试作定量分析。