用拉脱法测量室温下水的表面张力系数

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1、用拉脱法测量室温下水的表面张力系数摘要：由于液体分子间相互作用力，使液体表面像张紧的橡皮模，具有表面张力。这种力非常微小，所以本实验利用了焦利秤测量微小力的原理测量液体的表面张力。关键字：拉脱法、焦利秤、表面张力系数【引言】拉脱法测定液体表面张力系数是基于液体与固体接触时的表面现象提出的。由分子运动论可知，当液体分子和与其接触的固体分子之间的吸引力大于液体分子的内聚力时，就会产生液体浸润固体的现象。【实验目的】1.掌握用焦利秤测量微小力的原理和方法；2.探讨液体表面的性质，测定液体的表面张力系数；3.学会测定弹簧的劲度

2、系数，掌握用逐差法处理数据。【实验仪器】焦利秤、门形金属框、1g砝码5个、烧杯、游标卡尺、酒精灯、金属镊子、细线。【实验原理】如果在液体表面想象一条直线L，那么，表面张力就表现为线段两边的液面会以一定的拉力F相互作用，此拉力方向垂直于线段，大小与此线段的长度L成正比，即（1）其中，为液体表面张力系数，国际单位制中单位为牛顿/米，记为N۰m-1，数值上等于作用在液体表面单位长度上的力的大小。现将一洁净门形金属框浸入水中，由于水能浸润金属，当拉起金属框时，在门形金属框内就形成双面水膜。设门形金属框的直径为d,内宽为L，重量

3、为mg，所受浮力为ƒ，弹簧向上的拉力为F，液体的表面张力为Fα，则其受力平衡条件为：（2）设接触角为β，由于水膜宽度为L+d，则表面张力为（3）缓慢拉起门形金属框至水面时，拉触角趋近零，式中趋于１。由于门形金属框不仅本身体积小、重量轻，而且在拉膜过程中，重力和浮力的方向总是相反而相互抵消。如取门形金属框上边缘恰与水面平齐时为弹簧的平衡位置s0,重力对弹簧的伸长量∆s的贡献完全可以忽略不计。于是可得，当缓慢拉起门形金属框至水膜刚好破裂的瞬间，表面张力与弹簧的弹力Ｆ的大小相等。即有　　　　（４）由（３）式得,由胡可定律知,

4、代入上式整理得：　　　　　（５）其中，k为焦利弹簧秤的劲度系数，可由实验测出；∆s为拉膜过程中焦利弹簧的最大伸长量，可由游标的位置计算出来；Ｌ为门形金属框的宽度，d为门形金属框的直径。通常，与Ｌ相比d是很小的，以致于可以忽略不计，故式（５）可以写为：。【实验方案】1.弹簧劲度系数的测定1)调节焦利秤的底脚螺旋Ｈ使其处于垂直状态，也就是使标记片Ｃ在夹住的玻璃管中能上下自由移动而不与玻璃管相碰。2)调节螺旋Ｑ使标记片的刻线与玻璃管上的刻线相重合，记下Ｍ上刻度Ｓ０。加１g砝码于挂钩上，再调节Ｑ使标记片刻线与玻璃管上的刻线重合

5、，记下Ｍ上的所刻度Ｓ１；继续增加砝码，每次１g。记录每次的刻度值，用逐差法求出弹簧的劲度系数k。2.测自来水的表面张力系数1)将门形金属框、镊子、玻璃烧杯等严格清洗干净，为去掉门形金属框上的油污，将其置于酒精灯上烧一下。2)将门形金属框用镊子挂在标记片下端的小钩上，把盛有被测自来水的玻璃杯放在载物平台Ｐ上，再将Ｐ调到适当位置，调节旋钮Ｐ使门形金属框浸入水中，再调节玻璃管，使玻璃管上的刻线与标记片Ｃ上的刻线对齐，然后，同时小心地慢慢地调节Ｑ和Ｅ，调Ｐ向上拉门形金属框，调Ｅ使玻璃杯下移，在门形金属框上形成水膜。注意，在调节

6、中一定要始终保持标记片和玻璃管上的刻线对齐，直到水膜破裂为止。在即将破裂时更要非常缓慢移动，使Ｑ的上端读数恰好对应于破裂时的位置，记下此时读数装置所示读数Ｓ１。1)弹簧在水膜破裂后，便因表面张力不再作用而恢复到自然长度，从而使前述两刻线不再对齐，这时不动玻璃杯，只调节Ｑ使标记片Ｃ的刻线仍与玻璃管上的刻线重新对齐，记下这时装置的读数Ｓ０，门形金属框上水膜产生的表面张力使弹簧的伸长量便为。４）用游标尺量出膜宽L。5）按以上步骤重复３次，求出的平均值，并计算相对不确定度。【注意事项】1.被测物体必须保持十分纯净。如含有杂质（

7、尤其是在液体表面）将使表面张力发生改变，因此不可用手指触及液体和门形框架。2.不要使弹簧负荷超过规定值（５g）,以免超过弹性限度，产生残余形变。【数据记录】弹簧劲度系数的测定砝码质量m/g012345弹簧伸长量L/cm6.417.268.108.959.7810.66水的表面张力系数测定项目不暇接目数次S0/cmS1/cm∆Si=s1-s0/cm膜宽L/cm11．842．000．162．13021．832．010．182．13631．852．040．192．134【数据处理】１．求弹簧的劲度系数k∴∴k2=1.1655

8、(kg/m)∴k3=1.1473(kg/m)∴k==1.1564(kg/m)S(k)=0.0091(kg/m)u(k)=0.005254(kg/m)ur(k)==0.45%弹簧的劲度系数为：k=(1.156±0.005)kg/m１．求表面张力系数s==0.1767(cm)L==2.1333(cm)α==0.0478754(N/m)