张力和电位差

张力和电位差第1页，共18页，2023年，2月20日，星期六三、实验原理：

二、实验仪器：

FD-NST-I型液体表面张力系数测定仪。液体表面层的分子在表面张力的作用下，有从液面挤入液内的趋势，从而使液体有尽量缩小其表面的趋势，整个液面如同一张拉紧了的弹性薄膜。

表面张力f垂直于液体表面任何一条线段并沿着液体表面使液面收缩。作用于液面单位长度上的表面张力，称为液体的表面张力系数σ（N.m-1）。硅压阻式力敏传感器数字电压表调零旋钮第2页，共18页，2023年，2月20日，星期六测量一个已知周长L的金属圆环从待测液体表面脱离时所需的拉力f，从而求得该液体表面张力系数σ的方法。1、拉脱法测液面张力实验装置：由于圆环的内外两面与液面接触线都要产生液面张力，因此液面张力作用长度L可由圆环的内外径D1和D2表示。第3页，共18页，2023年，2月20日，星期六设圆环从液面拉脱前后，力敏传感器感受到的拉力分别为T1和T2，则T1和T2之差就是液面张力。拉脱前T1mgf拉脱后T2mg2、硅压阻式力敏传感器硅压阻式力敏传感器由四个硅扩散电阻组成一个非平衡电桥，在外力T的作用下电桥失去平衡，将有电压输出：B称为力敏传感器的灵敏度，单位V/N。第4页，共18页，2023年，2月20日，星期六由上式可得张力系数：U1和U2可由仪器读出，D1和D2可由游标卡尺测量，但要得到张力系数，还需要使用其他方法确定力敏传感器的灵敏度B。

表面张力系数σ的值和液体的种类、纯度、温度以及液体上方的气体成分有关。实验证明，液体的温度越高，σ的值越小，液体所含杂质越多，σ的值也越小，对于上述条件都不变的液体，σ值是一个常数。本实验中σ的理论值在教材363页表3中查询。第5页，共18页，2023年，2月20日，星期六本实验在砝码盘内加砝码，从0.5克到3.5克以0.5克为单位递增砝码，分别读出每个拉力下的输出电压U1i，然后以0.5克为单位递减砝码，记录相同拉力下的输出电压U2i，某一拉力Ti下的输出电压Ui可由递增砝码时的读数和递减砝码时的读数取平均。然后使用最小二乘法定标灵敏度B。3、力敏传感器的定标砝码盘第6页，共18页，2023年，2月20日，星期六附：最小二乘拟合公式对y=bx+a对y=bx所以力敏传感器的灵敏度：四、实验步骤：2、记录室温，用游标卡尺测量吊环内外径D1和D2各6次，填入表4.16中。3、定标灵敏度B，将相关数据填入表4.17中。1、开机预热数字电压表。（1）挂上砝码盘，调节仪器上的调零旋钮，使数字电压表显示为零。（消除砝码盘重量的影响）（2）从0.5～3.5克递增砝码(mi)，记录输出电压U1i，再递减砝码，记录相应的读数U2i。第7页，共18页，2023年，2月20日，星期六5、测量吊环拉脱前后的输出电压U1和U2，重复六次，将数据填入表4.18中。（1）挂上吊环，调节吊环使其下沿与水液面平行。（2）将吊环下沿浸没于液面下，下降升降台，观察电压读数，读出最大值U1和拉脱后的读数U2。（3）将实验数据代入公式1，求出表面张力系数，并与标准值（查表P363、表3）进行比较。环状金属吊片第8页，共18页，2023年，2月20日，星期六1、用最小二乘法计算灵敏度B；并作出T-U图线，用作图法表示B值。2、计算液面张力系数σ；3、由室内温度值，查表（P363、表3）得到σ的标准值，计算测量标准误差和百分误差，正确表示测量结果。五、数据处理及误差计算【注意事项】1、吊环须严格处理干净，在实验过程中手指不要接触被测液体。2、力敏传感器使用时用力不宜大于0.098，过大的拉力传感器容易损坏。3、安放砝码时应尽量轻缓，防止砝码盘晃动，确保电压信号输出比较稳定。4、在旋转升降台时，操作应平稳、缓慢，不可在液体的波动的情况下测量。5、实验结束须将吊环用毛巾擦干，将所有附件放入附件盒内。第9页，共18页，2023年，2月20日，星期六用电位差计测电池电动势和内阻电位差计是精密测量中应用得最广的仪器之一，不但用来精确测量电动势、电压、电流和电阻等，还可用来校准精密电表和直流电桥等直读式仪表。在非电参量（如温度、压力、位移和速度等）的电测法中也占有重要地位。1、掌握电位差计的工作原理和结构特点。2、学习用线式电位差计测量电池电动势和内阻。一、实验目的十一线电位差计、直流稳压电源、标准电池、检流计、滑线变阻器、电阻箱二、实验仪器第10页，共18页，2023年，2月20日，星期六VExExGEs若待测电池内阻ｒ，待测电池的电动势Eｘ怎样才能使电池内部没有电流通过而又能测量电池的电动势

呢？三、实验原理采用补偿法在没有可调标准电池Eｓ的情况下，可使带测电池和标准电池产生相同的补偿效果来进行比较测量。工件电流回路补偿回路效准回路第11页，共18页，2023年，2月20日，星期六RnEK1ACDBExEsGK2K3R电阻丝AB长十一米，往复绕在11个插孔0、1、…10上，每两孔之间相距一米,余下的一米拉在0与B间。插头C可选0-10中任意插孔，以米为单位改变电阻丝长度，滑动端D可在0-B端连续改变位置，以调节一米以下电阻丝的长度。AB为十一线电位差计Rn

用于调节工作电流，R用于保护标准电池和检流计，在电位差计处于补偿状态读数时，必须关闭K3

，使电阻R短路，以提高测量的灵敏度。第12页，共18页，2023年，2月20日，星期六当K2分别与Ex和Es接通时，调节C、D两点使检流计无电流，分别测出电阻丝长度Lx=CD，Ls=C'D'，则可计算出Ex：闭合K1后有工作电流

通过电阻丝

AB，并在电阻丝上产生电压降

。如果再接通K2

，可能出现三种情况：（1）当Ex＞VCD

时，检流计

中有自右向左流动的电流。（2）当Ex

＜VCD时，检流计

中有自左向右流动的电流。（3）当Ex＝VCD时，检流计

中无电流（指针不偏转）。我们称待测电路得到补偿。1、测量电池的电动势Ex第13页，共18页，2023年，2月20日，星期六GRExL1BAK1ERnL2K2在Ex两端并联一电阻R，断开和接通开关K2时测量的电阻丝长度分别为L1和L2，则2、测量电池内阻r3、标准电池标准电池的电动势是温度的函数Es(20)=1.01866V是20℃时的标准电动势，t是温度，以℃为单位。第14页，共18页，2023年，2月20日，星期六由于检流计灵敏度的限制以及在米尺上测量电阻丝的长度存在测量误差，因此电动势的测量结果也存在误差。确定测量误差的方法：在检流计平衡后，改变电阻丝CD的长度，使检流计指针向左偏转一小格，记录长度，再向右偏转一小格，记录长度，可以证明，最大测量误差为4、确定测量误差四、实验步骤

1、

按右图所示连接电路。接线时需断开所有的开关，注意工作电源

的正、负极，应与标准电池

和待测电池

的正、负极相对。调节电源电压U=6V，R取500Ω，检流计取1mA档并调零。A为电阻丝单位长度的电压降第15页，共18页，2023年，2月20日，星期六A为电阻丝单位长度的电压降，本实验要求A=0.2000V/m，根据标准电池在t℃温度的Es(t)值，则CD段的长度Ls为一定值：将电阻丝的CD两点准确置于Ls长度，闭合K1，K2倒向Es侧（注意顺序），调节Rn，改变工作电流大小，使检流计指零，再闭合K3，细调Rn使检流计指再次指向零。此时电阻丝单位长度的电压降为A值。2、校准电位差计：确定A值下的工作电流。

第16页，共18页，2023年，2月20日，星期六断开K3，固定Rn(保持工作电流不变)，K2倒向Ex侧，调节电阻丝CD长度。断续按下滑动接头

D使检流计指零，再闭合K3再次微调C、D两活动接头间电阻丝的长度，使

的G指针无偏转。记录电阻丝长度Lx，则待测电池的电动势为

：4、确定测量误差ΔEx3、测量电池电动势Ex在检流计平衡后，改变电阻丝CD的长度，使检流计指针向左偏转一小格，记录长度，再向右偏转一小格，记录长度，则：第17页，共18页，2023年，2月20日，星期六3、测量内阻r并联的电阻箱取R=500ΩGRExL1BAK1ERnL2K