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1、拉脱法测定液体的表面张力系数 实验目的 实验原理 实验内容 注意事项 思 考 题 仪器简介1. 学习焦利秤测量微小力的原理和方法。2. 了解液体表面的性质，测定液体的表面张力系数。【实验目的】焦利秤实际上是一种用于 测微小力的精细弹簧秤。结 构如右图，金属管B垂直竖立 在三角底座上，带有毫米标 尺的圆柱A套在金属套管内。 在金属管B的上端固定有副尺 H，圆柱A顶端伸出的支臂上 挂一锥形弹簧S。转动旋钮G 可使圆柱A上下移动，因而也 就调节了弹簧S的升降。弹簧 上升或下降的距离由主尺（ 圆柱A）和副尺H来确定。【仪器简介】D为固定在金属支架上一侧刻 有半圆形刻线S2的玻璃圆筒，C为 挂在弹簧S下
2、端的两头带钩的小平 面镜，镜面上有一刻线S1。实验时 ，使S1、S2及S2在小平面镜中的象 S2三者始终重合，简称“三线对齐” 。用这种方法可保证弹簧下端的位 置是固定的，加负载后向上拉动弹 簧确定伸长值。根据伸长值和弹簧 倔强系数确定外力大小。E为平台 ，转动其下端的螺钉F时平台E可 升降。 【实验原理】钢针、硬币等物能漂在洁净的水表面，清晨小草 叶上的露水通常收缩成小球形状。这些现象提示， 液体表面（液气交界面）好比一层紧绷的薄膜，有 自然收缩趋势，从而导致表面张力现象。用分子论 观点看，液体表面层(约10-8cm)分子所处的环境跟液 体内部的分子不同。在液体内部，分子比较密集， 且受周围
3、分子的作用力的矢量和为零而处于液体 表面层的分子，一方面有被吸引入液体内部的趋势 ，另一方面因为处于一边是液态（水）一边是气态 （空气）的环境，表面层内分子比较稀疏而微观相 互吸引，宏观上就呈现出表面张力现象。 1.表面张力在液体与固体接触处，若固体和液体分子间的 吸引力大于液体分子间的吸引力，液体就会沿固体 表面扩张，形成薄膜附着在固体上，这就是浸润； 反之，若固体和液体分子间的吸引力小于液体分子 间的吸引力，液体就不会沿固体表面扩张，不附着 在固体上，这种现象称为不浸润。 2.浸润与不浸润现象3. 表面张力系数想象在液面上划一条直线，表面张力就表现为直 线两旁的液膜以一定的拉力相互作用。拉
4、力 f 存在于 表面层，方向恒与直线垂直，大小与直线的长度 L 成 正比，即 f f L L式中称为表面张力系数，它等于沿液面作用 在分界线单位长度上的表 面张力,其单位为Nm-1。它的大小与液体的成分、 纯度、浓度以及温度有关 。 如图所示：将一表面 洁净的型细金属丝框浸入被测液体内，然后缓缓 拉起金属丝框，可看到金 属丝带起一层液膜，与此 同时弹簧被拉长。液膜拉 起过程中接触角逐渐减小而趋向于零，当薄膜刚 好破裂时，表面张力的方 向垂直向下。设形框长为l、直径为d，脱离液体前各力平衡的条件为式中F是将形框拉出液面所施外力；mg为形框和它所沾附的液 体的总重量。由于表面张力与接触面的周长 2
5、(l+d)成正比，故有式中比例系数为表面张力系数。在液膜破裂瞬间弹簧所受的力在液膜破裂瞬间弹簧所受的力， (3)(3) (2)(2)所以所以(1)(1)要测要测，只要测出，只要测出 k、l、d、 L即可。f=F-mg=kL(4)(4)1.测量弹簧的倔强系数k： 挂好弹簧、小镜子及砝码盘， 调节“三线对 齐”。记录游标零线所指示的主尺上的读数。 依次在砝码盘中加入1.0g 的砝码，共5个， 每次“三线对齐”，记下标尺上相应读数(加6g的读 数仅供参考)，然后再逐次取出1.0g 的砝码，记下 标尺上相应的读数。求出相同拉力下读数的平均 值。【实验内容】数据记录表1 测定弹簧劲度系数 k序号砝码码重
6、量（g）增重Si (10-3 kg)减重Si (10-3 kg)平均 (10-3 kg)S S+3- S(10-3 m)10.0021.0032.0043.0054.00.65.00k = f /S 2.测量L把型框挂在平面镜下端的挂钩上。烧杯盛适 当的水，放在平台上。调节型框缓慢下降，使 型框的横边恰好处于液面位置，“三线对齐”，记下 标尺读数s0。然后一只手慢慢调节平台下的螺丝使 烧杯慢慢下降，另一只手慢慢调节手轮，弹簧被拉 长，在这一过程中要求保持“三线对齐”，直至水膜 恰好破裂为止。记下标尺上的刻度si，L = si s0 ， 反复测量五次。【实验内容】数据记录表2 测定液体表面张力系
7、数金属丝框宽度 L = ；实验温度 t =液体次 数金属丝框未浸入液 体时焦利氏秤读数S0/m金属丝框刚好脱 离液面时焦利氏 秤读数Si /m差值S-S0 /m表面张力系数 =kS/2L/ Nm-1表面张力系 数平均值/ Nm-1水1 2 3 4 53.测量l :把型框取下，用游标卡尺测量其长度，反复 测五次。4.测量d d: :把型框取下，用螺旋测微器测量其 细丝直径，反复测五次。【实验内容】5、数据处理(1)逐差法计算 、 ，并计算 ; (2)逐差法计算 , 并计算 ;(3)计算 、 ，并计算 、 ；(4)计算 及 ，并将结果表示成N12345678910 xix1x2x3x4x5x6x7
8、x8x9x10使用条件：等间隔、线性变化的测量数据。优点是：充分利用各个测量数据，减小测量误差和扩大测 量范围。 例如:声速的测定实验中，用行波法测量声波波长的以下一 列数据：逐差法简介如果直接计算每一个波峰的距离，然后平均，有：可以看出只有始末两次测量值起了作用，等效于只测x1和x10 。为了充分利用测量数据，减小测量误差，应采用逐差法 ：（1） 将测量列按次序分为高低两组;（2）取对应项的差值后再求平均：其中 为5个峰值间的距离，即:1. 测量表面张力时，动作要慢，还要防止仪器 受振动。 2. 实验时要注意保护弹簧使其不受折损，不要 随意拉长或挂重物，要轻拿轻放，切忌用力拉 。 3. 型金属丝框和烧杯中的水必须保持洁净， 不要用手触摸烧杯内侧和型金属丝，也不要 用手触及水面。【注意事项】1. 什么是“三线对齐”？本实验中测量表面张力时缓慢地将 型金属丝框从水中拉起，该过程中需要时刻保证“三线 对齐”，应如何操作？ 2. 实验中要求把型金属丝框拉到欲脱离水膜而又恰未脱 离的极限状态，这是为什么？ 3. 若实验过程中型金属丝框不是水平拉出水面，而是出 现一端高一端低的倾斜现象，对实验结果有无影响？应 如何避免？ 4. 试用作图法得出焦利弹簧秤的劲度系数，将结果与逐差 法的结果进行比较。【思考题】
