液体表面张力系数测定教学文案

液体表面张力系数的测定

实验目的：1用拉脱法测量室温下水的表面张力系数。2学习焦利氏秤的使用方法，掌握用焦利氏秤测量微小力的方法。仪器与用具：

①焦利氏秤，②金属框，③砝码，④温度计，⑤游标卡尺，⑥螺旋测微器，⑦被测液体—自来水等。物理实验中心实验原理：

1表面张力与表面张力系数：表面张力是液体表面的重要特性，它类似于固体内部的拉伸应力，这种应力存在于极薄的表面层内。是液体表层内分子力作用的结果。液体表面层的分子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，我们把这种沿着液体表面，使液面收缩的力称为表面张力。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。设想在液体表面上画一条直线，实验指出，直线两旁的液膜之间存在着相互作用的拉力，力的方向和所画直线垂直，其大小与所画直线的长成正比，即：或式中比例系数α称为液体的表面张力系数，它表示单位长线段两侧液体的相互作用力，其单位是N·m-1，表面张力系数α的大小与液体的温度有关。2表面张力系数的测定：如图所示：将一表面洁净的∏型细金属丝框浸入被测液体内，∏型框的中点挂在焦利秤弹簧上，使∏型框的横边恰好处于液面位置时定为弹簧的平衡位置。然后将烧杯慢慢地下移，可看到金属丝带起一层液膜，与此同时弹簧被拉长。当薄膜刚好破裂时，∏型金属丝框的受力情况有以下几方面：①

弹簧的弹性力F，其方向向上，大小为：②∏型框所受重力和浮力之差W，其方向向下。若将∏型框挂上且浸入水中为弹簧的平衡位置，则对上式中的无影响（即与对应的是F-W。）③

水膜的重量，方向向下，大小为：④

表面张力f方向向下，大小为（两个表面）当水膜恰好破裂时受力达到平衡，即：由此可得：

式中是弹簧的劲度系数，对一特定的弹簧，值是确定的，如果我们将已知重量的砝码加在砝码盘中，测出弹簧的伸长量，即可由上式算出弹簧的k值，这一步骤称为焦利秤的校准。利用校准后的焦利秤，就可测出弹簧的伸长量，从而求得作用于弹簧上的外力步骤：①

挂好弹簧、小镜子及砝码盘，调节两个地脚螺丝使焦利秤杆垂直与地面，使小镜子铅直不与玻璃套筒的内壁磨擦，然后旋动手轮，使“三线对齐”。记录游标零线所指示的主尺上的读数②

依次在砝码盘中加入0.5，1.0，…，4.5的砝码，使“三线对齐”，记下标尺上相应读数，然后再逐次取出0.5的砝码，按上述方法记下标尺上相应的读数。求出相同拉力下读数的平均值，用逐差法求出弹簧的劲度系数值及其不确定度参考表格2--1

质量增重读数

减重读数平均数0.0g0.5g1.0g1.5g2.0g2.5g3.0g3.5g4.0g4.5g则弹簧劲度系数为:不确定度为:2.测量

:⑴用酒精棉擦去∏型框上的油污，再用水冲洗凉干后，挂在平面镜下端的挂钩上。将洗净的烧杯盛适当的水，放在平台上。调节∏型框缓慢下降，使∏型框的横边恰好处于液面位置，“三线对齐”，记下标尺读数。然后一只手慢慢调节平台下的螺丝使烧杯慢慢下降，另一只手慢慢调节手轮，弹簧被拉长，在这一过程中要求保持“三线对齐”，直至水膜恰好破裂为止。记下标尺上的刻度，则：

先观察几次水膜在调节过程中不断被拉伸、最后破裂的现象，然后把金属丝框欲要脱离而尚未脱离水膜的一瞬间的读数记录下来。

⑵本过程要求反复测量五次。参考表格2—2标尺零点读数

水膜破裂时读数

⑶测量：将弹簧去掉，换成一根金属细杆（仪器附件）。旋转手轮，同时旋转平台螺钉使液面刚好与金属丝框横边接触，读出刻度读数，再旋转手轮使弹簧上升，同时旋转在平台螺钉使烧杯下降,始终保持“三线对齐”，直至液膜破裂为止，记下刻度读数则:

水膜重量与拉力相比很小，因此不要求将

测得很精确。

⑷测量∏型框金属丝的直径：

cm⑸用游标卡尺测量∏型框边长：

cm

⑹测量水的温度：˚C

⑺计算水的（与空气接触）表面张力系数及不确定度

表达式：

注意事项：

1.测量表面张力时，动作要慢，还要防止仪器受增振动。2实验时要注意保护弹簧使其不受折损，不要随意拉长或挂重物，要轻拿轻放，切忌用力拉。

3.∏型金属丝框和烧杯中的水必须保持洁净，不要用手触摸烧杯内侧和∏型金属丝，也不要用手触及水面。

物理实验中心问题和讨论：

1.

什么是“三线对齐”？本实验中测量表面张力时缓慢地将∏型金属丝框从水中拉起，该过程中需要时刻保证“三线对齐”，应如何操作？2.

实验中要求把∏型金属丝框拉到欲脱