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1、水表面张力的测定 物理实验报告 实验名称：液体表面张力系数的测定学院：水利科学与工程学院 专业班级：水工1801 学号：201802979 学生姓名：周柱伟 实验成绩 实验预习题成绩： 1.什么是液体的表面？ 接触的表面存在一个薄层 2.液体表面的分子具有什么特点(表面张力产生的原因)？ 液体层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力。就象你要把弹簧拉开些，弹簧反而表现具有收缩的趋势3.液体表面张力系数是怎么定义的？ 表面张力系数是在温度T和压力p不变的情况下吉布斯自由能G对面积S的偏导数 4.液体表面张力系数与哪些因素有关？ 表面张力系数与液体性质，温
2、度，液体所含杂质，相邻物质的化学性质有关5.简述拉脱法测量液体表面张力系数的原理(用矩形金属薄片或金 属环时，表面张力系数的具体表达式)。 测量一个已知周长的金属圆环或者金属片从待测液体表面脱离时所需的拉力，从而求得该液体表面张力系数的方法称为拉脱法。 6.焦利氏秤和普通的弹簧秤有所不同？ 焦利氏秤实际上是一个特殊结构的弹簧秤，是用来测量铅直方向微小力的仪器之一。 一般的弹簧秤，弹簧的上端固定不动，在弹簧下端挂重物时，弹簧则伸长，物体重量可由指针所指示的标尺直接标出。而焦利氏秤上的弹簧是挂在可以上下移动的有刻度的管子上的，管外面套有外管，外管上有游标，旋转旋钮即可使管上下移动。 7.“三线对齐
3、”是那三线？为什么要这样做？ 指标镜上的刻线，玻璃管上的刻线和玻璃管上刻线在镜中的像 水的表面张力近似为液膜破裂瞬间的拉力,保持“三线对齐”是为了能够使水膜破裂瞬间近似“三线对齐”,从而得到水膜破裂时精确的拉力。使能准确测出该拉力大小减少实验误差 8.焦利氏秤测定液体的表面张力有什么优点？ 测定表面张力F，用普通的弹簧是很难迅速测出液膜即将破裂时的 F 的，应用焦利氏秤则克服了这一困难，可以方便地测量表面张力F，并且焦利氏秤的劲度系数较小，有游标卡尺式的读数尺，故测量精度高。 9.千分尺是否存在系统误差如何判断？如何调零？ 千分尺使用前，使移动测砧与固定测砧接触，观察微分筒上的棱边是否与固 定
4、套筒上的零刻线重合，如果不重合即存在系统误差。当套筒上零刻线位于微分筒05方向上时即为正值，计算时需要减去其绝对值，相反方向即为负值，需要加上其绝对值。 10.比较逐差法与图解法处理实验数据的不同点。 在对某些函数关系并不明确的物理量进行测量时,常用作图法.数据点是离散的, 而最后画出的曲线应该是平滑（连续）的,从而使曲线具有“平均值”的含义，作图法直观、方便,可以内插和外推,但有时也需知道曲线的函数关系,这就需要用拟合的方法来构建经验方程。 当实验中,两物理量满足正比关系时,或者当某一研究对象随实验条件周期性变化,依次记录研究对象达到某一条件（如峰值、固定相位等）时 ,使用逐插法,增加数据利
5、用率,减小随机误差。 原始数据记录成绩： 1.弹簧倔强系数的测量 用逐差法处理数据，求弹簧的倔强系数k k=6mg+5mg+4mg-3mg-2mg-mg L6+L5+L4-L3-L2-L1=0.944 N/m 2.金属框测量液体表面的张力系数 游标卡尺测量金属框的长度L=4.52cm；螺旋测微器测量金属框金属丝的直径d= 0.0800cm；移除砝码，金属框和砝码金属框和砝码托盘在空气中三线对齐时米尺的初始读数h0= 10.24cm。重复测量金属框脱离液面时米尺的读数数据表格： 被测液体表面的张力系数=k(h1-h0) 2(L+d)=0.0693N/m 3.金属环测量液体表面的张力系数 游标卡尺
6、测量金属环外直径D1= 2.34 cm，内直径D2= 2.10 cm。金属环在空气中三线对齐时米尺的初始读数h0= 2.35 cm。 重复测量金属环脱离液面时米尺的读数数据表格： 测量次数 1 2 3 4 5 6 h1/cm 3.37 3.36 3.36 3.37 3.37 3.36 h1的平均值/cm 3.365 被测液体表面的张力系数= k(h1-h0) (D1+D2)=0.0687 N/m 实验报告正文成绩： 液体表面张力系数的测定 一实验目的 1 学习用界面张力仪测微小力的原理和方法。 2 深入了解液体表面张力的概念，并测定液体的表面张力系数 二实验原理 1 液体表面张力 由于液体分子
7、之间存在作用力，使每个位于表面层内的分子都受到一个指向液体内部的力，这就使每个分子都有从液体表面进入液体内部的倾向，所以液体表面积有收缩的趋势，在没有外力的情况下，液滴总是呈球形，致使其表面积缩到最小，这种使液体表面收缩的力叫做液体的表面张力。 2 液体表面张力系数的测量原理 图1 如图1，将一表面洁净的矩形金属薄片浸入水中，使其底边保持水平，然后将其轻轻提起， 则其附近液面呈现如图示的形状，则0?时，f 方向趋向垂直向下。在金属片脱离液体前，受力平衡条件为 mg f F +=（1） 而 )(2d l f +=（2） 则 ) (2d l mg F +-= （3） 若用金属环替代金属片，则（3）
8、式变为 ) (21d d mg F +-= （4） 式中d1，d2为圆环的内外直径。 若用补偿法消除mg 的影响，即 mg F f -= 则（4）式可写为 ) (21d d f += （5） 即为液体表面张力系数。 三 实验仪器 液体界面张力仪、标准砝码、环形测件、玻璃杯、镊子、纯净水、小纸片 四 实验内容及步骤 1 仪器调整。调整仪器水平，刻度盘归零。 2调零。将小纸片放在金属环上，调整调零旋扭，通过放大镜观察，指针、指针的像及红线三线重合。 3 绘制质量标准曲线 分别在小纸片上放100mg、300 mg 、500 mg 、700 mg、1000 mg的砝码，记下对应的刻度盘的示数。以所加砝
9、码的质量作为横坐标，刻度盘的示数作为纵坐标，绘制质量标准曲线。 4 测量纯净水的表面张力系数 调零。用玻璃杯盛大约2/3的水，放在样品座上，调节样品座的高度，使金属环刚好浸过水面。左手调节样品座下面的螺丝，使样品座缓慢的下降，右手调节蜗轮旋扭。两手调节的同时，眼睛观察三线始终重合，直到环把水膜拉破为止。记下刻度盘示数M。为了消除随机误差，共测五次。 f ，按式（5）计算出水的表 6 将M在质量标准曲线上查得水作用在金属环上的表面张力mg 面张力系数。 五数据处理 1 原始数据记录 2绘制质量标准曲线 质量标准曲线 由图可以看出，质量标准曲线为一直线，因此M 与m 成线性关系，可在直线上取两个点
10、 （400，339），（900，761）或由最小二乘法拟合该曲线方程为 M=1.044m+0.4 （a ） 3 根据上表： mn M 84.755 .768.753.761.760.75=+=(10.92+10.89+10.91+10.93+10.92+10.92)/6=10.915 g A 类不确定度分量2 .0) 1()(2 =-= n n M M S i i M 0.0056 B 类不确定度分量03.03 =?=仪u 合成不确定度2 .022=+= u S M 0.0305 所以 M )2.08.75( =（10.915+-0.0305 ）g （1） 将（1）代入（a ）可得 m 4 .
11、893=11.79526 g m 的传播不确定度为mg x M i i m 0.5)(2 2=?=0.03654 m )5893(=（11.79526+-0.03654）（N/m ） 4 计算水的表面张力系数 将d 1，d 2，m 代入表面张力系数公式 1 3211003.73) (-?=+= m N d d f （0.693+0.687）/2=0.69 其传播不确定度为 1 32222221041.0)()()( -?=?+?=?=m N d m x M d m i i 0.03655 在温度为19.4时，实验测得的水的表面张力系数为 310)4.00.73(- -?=m N （0.69+-0.03655）/10=0.069+-0.003655（N/m ） 同温度下水的标准张力系数为 131089.72-?=m N 标 相对误差为% 19.0%100=?-= 标 标B 5.336 % 5 / 5
