高中物理奥林匹克竞赛实验考试拉拖法测液体表面张力系数

1、实验十三 液体表面张力系数的测量 方法三：拉脱法（力敏传感器）实验的目的1了解液体表面性质2学习采用液体表面张力系数测定仪的使用方法3学习用拉脱法测表面张力系数的原理和方法实验原理1. 拉脱法测量一个已知周长的金属圆环或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。所需的拉力是由液体表面张力、环的内外径及液体材质、纯度等因素决定。2. 吊环法和吊片法比较（1）吊环法：使用金属细线制成吊环时，在液膜被拉破的瞬间接触角不接近于零，此时所测得的力是表面张力向下的分量，因而所得表面张力系数误差较大，必须用修正公式对测量结果进行修正。（2）吊片法：虽然液膜被拉破的瞬间

2、接触角趋近于零，但在具体测量时，由于吊片在拉脱过程中容易发生倾斜,实验时吊片的长度上限为34cm，而在测量力时，则希望力大 一点,有利于提高测量精确度。 （3）片状吊环：新设计有一定厚度的片状吊环。经过对不同直径吊环的多次试验，发现当吊环直径等于或略大于3.3cm时,在液膜被拉破的瞬间液体与金属环之间的接触角接 近于零，此时接触面总周长约为20cm左右。在保持接触角为零时，能得到一个 较大的待测力。3. 实验原理使用片状吊环，在液膜拉破前瞬间，考虑一级近似，认为液体的表面张力为： f = f1 + f2 = (D1+ D2) 这里为表面张力系数，D1、D2分别为吊环的外径和内径。片状吊环在液膜

3、拉破前瞬间有： 此时传感器受到的拉力F1和输出电压U1成正比，有： U1 = BF1片状吊环在液膜拉破后瞬间有： F2 = mg 同样有 U2 = BF2片状吊环在液膜拉破前后电压的变化值可表示为：U1 U2 = U = B· F = B（F1 F2）= B(D1+ D2)由上式可以得到液体的表面张力系数为：这里U1：液膜拉断前瞬间电压表的读数，U2：膜拉断后瞬间电压表的读数实验内容（用拉脱法测量水的表面张力）：1力敏传感器进行定标，用最小二乘法作直线拟合，求出传感器灵敏度B。 图2液膜的收缩2游标卡尺测量金属圆环的内、外直径。 3金属环状吊片挂在传感器的小钩上，调节升降台，将液体升

4、至靠近环片的下沿，观察环状吊片下沿与待测液面是否平行，将金属环状吊片取下后，调节吊片上的细丝，使吊片与待测液面平行。（注意 ：吊环中心、玻璃皿中心最好与转轴重合。） 4调节容器下的升降台，使其渐渐上升，将环片的下沿部分全部浸没于待测液体。然后反向调节升降台，使液面逐渐下降。这时，金属环片和液面间形成一环形液膜，出现“浸润”现象，继续下降液面，测出环形液膜即将拉断前一瞬间数字电压表读数值 U1和液膜拉断后一瞬间数字电压表读数值U2。（注意 ：液膜断裂应发生在转动的过程中，而不是开始转动或转动结束时，因为此时振动较厉害，应多次重复测量。） 实验仪器液体表面张力测定装置、砝码盘和砝码、圆环型吊片、卡

5、尺、温度计 图1液体表面张力测定装置实验步骤：1.开机预热（15分钟）2.将水盛入玻璃器皿内（1cm左右），用双面胶与升降台面贴紧固定。3.将砝码盘挂在力敏传感器的钩上4.对力敏传感器定标，在加砝码前首先对仪器调零5.测吊环内外直径，挂上吊环，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，以顺时针转动升降台大螺帽时液体液面上升，当环下沿部分均浸入液体中时，改为逆时针转动该螺帽，这时液面往下降（或者说相对吊环往上提拉），观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象。特别应注意吊环即将拉断液柱前一瞬间数字电压表读数值为U1，拉断时瞬间数字电压表读数为U2。记下这两个数

6、值。数据记录示例：1.力敏传感器定标物理质量m/g0.5001.0001.5002.0002.5003.0003.500输出电压V/mv大连地区重力加速度g= 9.8001 m/S22纯水的表面张力系数测量（水的温度 ）测量次数U1/mVU2/mVU/mV×10-3N/m实验报告要求1 阐明本实验的目的。2 简要叙述本实验的基本原理。3 实验所用仪器装置的介绍。4 记录实验中出现的各种实验现象，对其进行分析讨论。5 记录实验数据，并对结果分析讨论。6 得出本实验的总结、收获和体会，提出对教学工作的意见和建议。注意：所盛放液体的深度约1cm时，实验结果较为理想。思考题1 什么是表面张力？