用焦利氏秤测定液体的表面张力系数课件

用焦利氏秤测定液体的表面张力系数

基础物理实验9目的要求1.了解焦利氏秤的结构、原理并学会正确使用。2.用拉膜法测定液体的表面张力系数。3.用最小二乘原理拟合直线。表面张力液体表面层（其厚度等于分子的作用半径，约10-8m）内的分子跟液体内部的分子所处的环境不同。液体内部每个分子四周都被同类的其他分子所包围，它所受到的周围分子的作用力的合力为零。由于液体上方的气相层的分子数很少，表面层内每个分子受到的向上的引力比向下的引力小，合力不为零，这个合力垂直于液面并指向液体内部,使得这类分子有向液体内部收缩的趋势。从能量观点看，任何内部分子欲进入表面层都要克服这个吸引力而作功。可见，表面层有比液体内部更大的势能，即所谓表面能，表面积越大、表面能也越大。由于任何体系总以势能最小的状态最为稳定，所以，液体要处于稳定，液面就必须缩小，以使其表面能尽可能减小，宏观上就表现为液体表面层的张力，称为表面张力。原理

将“Π”形丝通过其AB的正中点C悬挂于可测微小力的弹簧秤之上(如图a所示)，则可由拉膜过程中弹簧的伸长量求出.根据虎克定律：在弹性限度内，弹簧恢复力与弹簧的绝对伸长量成正比，且方向相反,即:(24.3)

将表面洁净、宽度L、丝直径为D的“Π”形细金属丝竖直浸于水中，然后徐徐拉出。由于水能润湿金属丝，所以水膜将布满“Π”形丝四周，且在其边框内被带起。水膜系具有几个分子层厚的双面膜，其与水分界面接触部分的周长约为2(L+D)，因此，式（24.1)变为：

(24.2)在上述假定下，弹簧的伸长只取决于表面张力在垂直方向的分量。设接触角为，则该分量为：。显然，在弹簧伸长至且使液膜刚刚破裂的瞬间，该分力应与弹簧的弹性恢复力相平衡，即：

(24.4)考虑到水与“Π”形金属丝接触角很小，，；而且实际上；所以，式(24.4)可简化为：(24.5)其中，表示拉膜过程中弹簧的伸长量。可见，只要测得及，即可由(24.5)式求出水的表面张力系数。实际拉膜过程中，“Π”形丝框除受及的作用外，如右图所示，还受如下诸力的作用：水膜自身重力；“Π”形丝处于水中部分受到的浮力；“Π”形丝受到大气压力的合力；“Π”形丝本身的重力。若规定将“Π”形丝挂上后，其AB边与水面平齐时为弹簧的平衡位置，则“Π”形丝的重力对弹簧从该平衡位置算起的伸长量也没有贡献。仪器用品(1)焦利氏秤（包括砝码组及附件）(2)玻璃皿；(3)“Π”形金属丝；(4)游标卡尺；(5)待测样品：自来水；(6)酒精灯(共用)。实验内容

1．安装、调整并熟悉仪器。然后测仪器专用弹簧的倔强系数。2．将以酒精灯灼烧过的洁净的“Π”形丝轻轻挂在砝码盘下端，前后缓缓拉膜4次，测出在水的表面张力作用下弹簧的伸长量。3．用游标卡尺测“Π”形丝宽度。然后，求出室温时水的表面张力系数。考查题

1．测量“Π”形金属丝宽度时应注意什么？在“Π”形丝的什么位置测量为宜？2．若焦利氏秤套筒未调铅直，能否进行测量，为什么？3．式(24.3)和(24.6)有什么区别？在本实验中它们表示的意义各是什么？4．在拉膜过程中，若焦利氏秤弹簧有微小振动，对测量结果有何影响？5．在拉膜过程中为什么应始终保持“F”、“E”、“E‘”三线重合？为满足此项要求，实验中应如何操作？6．拉膜时弹簧的初始位置是在什么情况下确定的？7．试说明式(24.5)成立的条件。思考题

1．若“Π”形金属丝粘有油污(或用手摸过)，则将会对测量结果带来什么影响？如仍采用式(24.5)进行计算，测量结果可能偏离真值的方向怎样？2．焦利氏秤为什么能测量微小力？它所能测出的最小力是多少？3．由附表11给出的结果求的定值误差。4．试分析说明下列情况对测量结果的影响：1）指示镜与指示管内壁相接触；