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1、液体表面张力系数的测定实验目的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，贝昨T0时，f方向趋向垂直向下。在金属片脱离液 体
2、前，受力平衡条件为F = f + mg (1)f = 2a (l + d) (2)2(1 + d)若用金属环替代金属片，则（3）式变为F 一 mga 二(4)兀(d + d )12式中 d1，d2 为圆环的内外直径。若用补偿法消除mg的影响，即f = F - mg则( 4)式可写为fa = (5)兀(d + d )12 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
3、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。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f = mg，按式(5)计算出水 的表面张力系数。五 数据记录
4、及处理1 金属环的直径外径：d = (19.670 土 0.001)mm 内径：d = (18.470 土 0.001)mm112 绘制质量标准曲线mhm如示盘度刻80403020100200 400 600800 1000 砝码 质 量 m/mg数据见下表加砝码质量/mg1003005007001000刻度盘读数/mn8.626.342.658.585.0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（400， 339），（900， 761）或由最小二乘法拟合该曲线方程为M = 0.084m + 0.4（6）3测量M，数据见下表测量次数12345平均
5、M/mn.m-l75.076.176.375.876.075.84根据上表：M7 = 75.0 + 76.1 + 76.3 + 75.8 + 76.0 = 75.84mnE （M - M ）2A类不确定度分量Sm二 乔厂二0.2B类不确定度分量U弋二0.03合成不确定度b2 + u 2 = 0.2M所以 M二（75.8土 0.2）mn （7）将(7)代入(6)可得m = 893.4mgiTaMm的传播不确定度为G =j()2G 2 = 5.0mgm oxiim = (893 土 5) mg4 计算水的表面张力系数将 d1 ， d2， m 代入表面张力系数公式fa = 73.03 x 10 -3
6、 N - m -1兀(d + d )12其传播不确定度为raM 1/0a /0ain zG = ,()2 G 2 = ：()2 G 2 + ()2 G 2 = 0.41 x 10-3 N - ma0xi0mm0dd1i在温度为19.4C时，实验测得的水的表面张力系数为a = (73.0 土 0.4) x 10-3 N - m-1同温度下水的标准张力系数为a = 72.89 x 10-3 N - m-1标a a相对误差为B =标x 100% = 0.19%a标六 实验结果及讨论通过实验，比较精确的测量了纯净水与空气接触的时候的表面张力系数，在实验误差允许的范围内，得到了比较准确的结果。误差可能出现的原因有以下几种可能：1 测量金属环本身不是太平，在拉破水膜的时候有误差存在。2 读数时候的视觉误差，即人为的误差，尽可能的避免。3 操作时候的误差，也应尽量避免。4 环境造成的误差，人在走动时，或桌子的振动等。七 注意事项1 注意保护仪器，钢丝的扭矩不能超过360 度。2 调整调零旋扭时注意吊杆臂上升的方向。3 在测量表面张力系数时注意时刻保持三线重合，直到水膜被拉破。
