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1、液體表面張力系數(shù)的測定,實驗目的： 1用拉脫法測量室溫下水的表面張力系數(shù)。 2 學習焦利氏秤的使用方法，掌握用焦利氏秤測量微小力的方法。 儀器與用具： 焦利氏秤，金屬框，砝碼，溫度計，游標卡尺，螺旋測微器，被測液體自來水等。,物理實驗中心,實驗原理：,1表面張力與表面張力系數(shù)： 表面張力是液體表面的重要特性，它類似于固體內(nèi)部的拉伸應力，這種應力存在于極薄的表面層內(nèi)。是液體表層內(nèi)分子力作用的結(jié)果。液體表面層的分子有從液面擠入液內(nèi)的趨勢，從而使液體有盡量縮小其表面的趨勢，整個液面如同一張拉緊了的彈性薄膜，我們把這種沿著液體表面，使液面收縮的力稱為表面張力。作用于液面單位長度上的表面張力，
2、稱為液體的表面張力系數(shù)。 設想在液體表面上畫一條直線，實驗指出，直線兩旁的液膜之間存在著相互作用的拉力，力的方向和所畫直線垂直，其大小與所畫直線的長成正比，即： 或,式中比例系數(shù)稱為液體的表面張力系數(shù)，它表示單位長線段兩側(cè)液體的相互作用力，其單位是Nm-1，表面張力系數(shù)的大小與液體的溫度有關。,2表面張力系數(shù)的測定： 如圖所示：將一表面潔凈的型細金屬絲框浸入被測液體內(nèi)，型框的中點掛在焦利秤彈簧上，使型框的橫邊恰好處于液面位置時定為彈簧的平衡位置。然后將燒杯慢慢地下移，可看到金屬絲帶起一層液膜，與此同時彈簧被拉長。當薄膜剛好破裂時，,型金屬絲框的受力情況有以下幾方面：,彈
3、簧的彈性力F，其方向向上，大小為： 型框所受重力和浮力之差W，其方向向下。若將型框掛上且浸入水中為彈簧的平衡位置，則對上式中的 無影響（即與 對應的是 F-W 。） 水膜的重量，方向向下，大小為： 表面張力f方向向下，大小為（兩個表面） 當水膜恰好破裂時受力達到平衡，即： 由此可得：,可見，測得 ， ， ， 的值便可求得 。 是被測液體的密度， 為當?shù)刂亓铀俣?實驗內(nèi)容： 1.測量彈簧的勁度系數(shù)： 按要求調(diào)節(jié)儀器，使刻有橫線的小鏡子穿過玻璃套筒的內(nèi)部。調(diào)節(jié)底腳螺釘，使小鏡子沿豎直方向振動時不與玻璃套筒發(fā)生磨擦，然后旋轉(zhuǎn)手輪使小鏡子上的刻線、玻璃套筒上的刻線與玻璃套筒上的刻線在小鏡子
4、里的像三者相互對齊，即所謂“三線對齊”。用這種方法保證彈簧的下端的位置是固定不變的，而彈簧的上端可以向上拉伸。 根據(jù)胡克定律，在彈性限度內(nèi)，彈簧的伸長量與所加外力成正比，即 ：,式中是彈簧的勁度系數(shù)，對一特定的彈簧，值是確定的，如果我們將已知重量的砝碼加在砝碼盤中，測出彈簧的伸長量，即可由上式算出彈簧的k值，這一步驟稱為焦利秤的校準。利用校準后的焦利秤，就可測出彈簧的伸長量，從而求得作用于彈簧上的外力 步驟： 掛好彈簧、小鏡子及砝碼盤，調(diào)節(jié)兩個地腳螺絲使焦利秤桿垂直與地面，使小鏡子鉛直不與玻璃套筒的內(nèi)壁磨擦，然后旋動手輪，使“三線對齊”。記錄游標零線所指示的主尺上的讀數(shù) 依次在
5、砝碼盤中加入0.5 ，1.0 ，，4.5 的砝碼，使“三線對齊”，記下標尺上相應讀數(shù)，然后再逐次取出0.5 的砝碼，按上述方法記下標尺上相應的讀數(shù)。求出相同拉力下讀數(shù)的平均值，用逐差法求出彈簧的勁度系數(shù) 值及其不確定度,參考表格2--1,則彈簧勁度系數(shù)為:,不確定度為: 2.測量 : 用酒精棉擦去型框上的油污，再用水沖洗涼干后，掛在平面鏡下端的掛鉤上。將洗凈的燒杯盛適當?shù)乃?，放在平臺上。調(diào)節(jié)型框緩慢下降，使型框的橫邊恰好處于液面位置，“三線對齊”，記下標尺讀數(shù)。然后一只手慢慢調(diào)節(jié)平臺下的螺絲使燒杯慢慢下降，另一只手慢慢調(diào)節(jié)手輪，彈簧被拉長，在這一過程中要求保持“三線對齊”，直至水膜恰好
6、破裂為止。記下標尺上的刻度 ，則：,先觀察幾次水膜在調(diào)節(jié)過程中不斷被拉伸、最后破裂的現(xiàn)象，然后把金屬絲框欲要脫離而尚未脫離水膜的一瞬間的讀數(shù)記錄下來。,本過程要求反復測量五次。 參考表格22,測量 ：將彈簧去掉，換成一根金屬細桿（儀器附件）。旋轉(zhuǎn)手輪，同時旋轉(zhuǎn)平臺螺釘使液面剛好與金屬絲框橫邊接觸，讀出刻度讀數(shù) ，再旋轉(zhuǎn)手輪使彈簧上升，同時旋轉(zhuǎn)在平臺螺釘使燒杯下降 ,始終保持“三線對齊”，直至液膜破裂為止，記下刻度讀數(shù) 則: 水膜重量與拉力相比很小，因此不要求將 測得很精確。,測量型框金屬絲的直徑： cm 用游標卡尺測量型框邊長： cm 測量水的溫度：
7、 C 計算水的（與空氣接觸）表面張力系數(shù)及不確定度 表達式：,注意事項：,1.測量表面張力時，動作要慢，還要防止儀器受增振動。 2實驗時要注意保護彈簧使其不受折損，不要隨意拉長或掛重物，要輕拿輕放，切忌用力拉。 3. 型金屬絲框和燒杯中的水必須保持潔凈，不要用手觸摸燒杯內(nèi)側(cè)和型金屬絲，也不要用手觸及水面。,物理實驗中心,問題和討論：,1. 什么是“三線對齊”？本實驗中測量表面張力時緩慢地將型金屬絲框從水中拉起，該過程中需要時刻保證“三線對齊”，應如何操作？ 2. 實驗中要求把型金屬絲框拉到欲脫離水膜而又恰未脫離的極限狀態(tài)，這是為什么？ 3. 若實驗過程中型金屬絲框不是水平拉出水面，而是出現(xiàn)一端高一端低的傾斜現(xiàn)象，對實驗結(jié)果有無影響？應如何避免？ 4. 試用作圖法得出焦利彈簧秤的勁度系數(shù)，將結(jié)果與逐差法的結(jié)果進行比較。,物理實驗中心,
液體表面張力系數(shù)測定講義
