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1、实验二 液体表面张力系数的测定（用拉脱法）本实验介绍拉脱法测定液体表面张力系数。拉脱法是一种直接测定法。实验目的1. 了解液体的表面张力系数测定仪的基本结构，掌握用标准砝码对测量仪进行定标的 方法，计算该传感器的转换系数K。2. 观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象并用物理学基本概念和定律进行 分析和研究，加深对物理规律的认识。3. 掌握用拉脱法测定纯水的表面张力系数及用逐差法处理数据。实验仪器FB326型液体表面张力系数测定仪，游标卡尺。FB326型液体表面张力系数测定仪是本实验所 用主要仪器，主要组成有：底座；立柱；传感器固 定支架；压阻力敏传感器；数字式毫伏表；有机玻 璃液体容器
2、（连通器）；标准砝码（砝码盘）；圆筒 形吊环。如图所示。实验原理液体分子之间存在相互作用力，称为分子力。 液体内部每一个分子周围都被同类的其他分子包 围，它 所受到的周围分子的作用，合力为零。而液体的表面层（其厚度等于分子的作用半 径，约 10 cm 左右） 内的分子所处的环境跟液体内部的分子缺少了一半和它吸引的分子。由于液体上的气相层的分子数很少，表面层内每一个分子受到向上引力比向下的引力小， 合力不为零，出现一个指向液体内部的吸引力，液体表面层内分子相互作用的结果使得液体 表面自然收缩，犹如紧张的弹性薄膜。由于液面收缩而产生的沿着切线方向的力称为表面张 力。设想在液面上作长为L的线段，线段
3、两侧液面便有张力f相互作用，其方向与L垂直， 大小与线段长度L成正比。即有(2 1)f = a L比例系数a称为液体表面张力系数，其单位为N m-i。将一表面洁净的长为L、宽为d的矩形金属片（或金属丝）竖直浸入水中，然后慢慢 提起一张水膜，当金属片将要脱离液面，即拉起的水膜将要破裂时，则有F =mg+f（2 2），代入（2 2）式中可得式中F为把金属片拉出液面时所用的力；mg为金属片和带起的水膜的总重量；f为表 面张力。此时，f与接触面的周围边界2 （L+(2 3)F - mga =2（ L + d）若用金属环代替金属片，则有(24)a=卩一mg兀（d + d ）1 2式中d、d分别为圆环的内
4、外直径。1 2实验表明，a与液体种类、纯度、温度和液面上方的气体成分有关，液体温度越高，a值越小，液体含杂质越多，a值越小，只要上述条件保持一定，则a是一个常数，所以测 量a时要记下当时的温度和所用液体的种类及纯度。本实验的核心部分是准确测定F - mg，即圆筒形吊环所受到向下的表面张力，用FB326型液体的表面张力系数测定仪 测定这个力。实验内容1开机预热15分钟。2清洗有机玻璃器皿和吊环。3在有机玻璃器皿内放入被测液体。4将砝码盘挂在力敏传感器的钩上。5若整机已预热15分钟以上，可对力敏传感器定标，在加砝码前应首先读取电子秤的初 读数V (该读数包括砝码盘的重量)，(注：对于加有调零装置的
5、仪器，可以通过调节机箱0后面的调零旋钮，使初读数为零)。然后每加一个500.00mg砝码，读取一个对应数据(mV)， 记录到表格中，注意安放砝码时动作要应尽量轻巧。用逐差法求力敏传感器的转换系数K = (N/mV)。6.换吊环前应先测定吊环的内外直径，然后挂上吊环，读取一个对应数据(mV)，在测 定液体表面张力系数过程中，可观察到液体产生的浮力与张力的情况与现象，逆时针转动活 塞调节旋钮,使液体液面上升，当环下沿接近液面时，仔细调节吊环的悬挂线，使吊环水平， 然后把吊环部分浸入液体中，这时候，按下面板上的按钮开关，仪器功能转为峰值测量，接 着缓慢地顺时针转动活塞调节旋钮，这时液面逐渐往下降(相
6、对而言即吊环往上提拉)，观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象。当吊环拉断液柱的一瞬间数字电压表 显示拉力峰值V并自动保持该数据。拉断后，释放按钮开关，电压表恢复随机测量功能，1静止后其读数值为V，记下这个数值。连续做5次，求平均值。那么表面张力：二 V - V) KfV 厂 V ) K、a =#L 兀/ + D丿内外表面张力系数：12数据处理1.用逐差法求仪器的转换系数K(N/mV):数据记录表格先记录砝码盘等作为初读数V =mV，然后每次增加一个砝码0m = 500.00mg，(该标准砝码符合国家标准，相对误差为0.005% )砝码质气lo -6 kg )增重读数V V (mV
7、)i减重读数V “ (mV )iVi = V )等间距逐差：)8V = V - Vii+4i0.005V 二 V - V140500.001000.005V 二 V - V2511500.002000.005V = V - V3622500.003000.005V = V - V4733500.005V =丄6v +5V +5V +5V )6V为每500.00mg对应的电子秤的 mV读数，则16 1 2 3 4g mK =(N / mV)6 V2用拉脱法求拉力对应的电子秤读数水温(室温)C,电子秤加吊环初数V。(mV)测量次数拉脱时最大读数V (mV)吊环读数V (mV)表面张力对应读数V =
8、 V 一 V (mV)1121 22345平均值V =3测量吊环的内、外直径： (单位： mm )测量次数12345平均值内径D+内外径D加外4.计算及不确定度:K Va =LK = K + AKV = V + AVL 二 L + ALA2 I a丿AK 丫 I直丿(AV 2+l vla = a Aa5.从附录中查出室温下水的表面张力系数 a 的理论值,把实验结果与此值比较求相对误 差。纯净水表面张力系数的公认值：水的温度T (C)1015202530a (xlO-2 N /m)7.4227.3497.2757.1977.118注意事项】 1. 吊环应严格处理干净。可用 NaOH 溶液洗净油污
9、或杂质后，用清洁水冲洗 干净，并用热吹风烘干。 2. 必须使吊环保持竖直，以免测量结果引入较大误差。 3. 实验 之前，仪器须开机预热15 分钟。 4. 在旋转升降台时，尽量不要使液体产生波动。 5. 实 验室不宜风力较大，以免吊环摆动致使零点波动，所测系数不准确。 6. 若液体为纯净水， 在使用过程中防止灰尘和油污以及其它杂质污染。特别注意手指不要接触被测液 体。 7. 玻 璃器皿放在平台上，调节平台时应小心、轻缓，防止打破玻璃器皿。8. 调节升降台拉起水 柱时动作必须轻缓，应注意液膜必须充分地被拉伸开，不能使其过早地破裂，实 验过程中 不要使平台摇动而导致测量失败或测量不准。 9. 使用力敏传感器时用力不大于 0.098N。 过大的拉力传感器容易损坏。 10. 实验结束后须将吊环用清洁纸擦干并包好，放入干燥缸 内。思考题：1实验前，为什么要清洁吊环?2、液体表面张力系数的测定实验中，铝合金吊环有一定高度，为什么测液体表面张力 时吊环浸入液体不宜太深？3当吊环下沿部分均浸入液体中后，旋转活塞旋钮使得液面往下降，数字电压表的示 数如何变化?
