液体表面张力系数的测定

1. 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金属环，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

2. 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：

3. 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：将一表面洁净的金属圆环浸入被测液体内，金属圆环的中点挂在焦利秤弹簧上，使金属圆环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，

4. 金属圆环的受力情况有以下几方面： • ① 弹簧的弹性力N，其方向向上，大小为： N= kΔl • ②金属圆环所受重力和浮力之差W，其方向向下。若将金属圆环挂上且浸入水中时为弹簧的平衡位置，则对上式中的Δl无影响（即与的 kΔl对应的是 F=N-W 。） • ③水膜的重量，方向向下，大小为mg • 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：

5. 实验内容： 1.测量弹簧的劲度系数k： 按要求调节仪器，使刻有横线的小镜子穿过玻璃套筒的内部。调节底脚螺钉，使小镜子沿竖直方向振动时不与玻璃套筒发生磨擦，然后旋转手轮使小镜子上的刻线、玻璃套筒上的刻线与玻璃套筒上的刻线在小镜子里的像三者相互对齐，即所谓“三线对齐”。用这种方法保证弹簧的下端的位置是固定不变的，而弹簧的上端可以向上拉伸。 根据胡克定律，在弹性限度内，弹簧的伸长量与所加外力成正比，即 ：

6. 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 li ； ②依次在砝码盘中加入1g，2 ，…，9g 的砝码，使“三线对齐”，记下标尺上相应读数，然后再逐次取出1g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k值及其不确定度；

8. 表格1用逐差法测量弹簧的倔强系数

9. 则弹簧劲度系数为: 2.测量 f : ⑴用酒精棉擦去金属圆环上的油污，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。调节金属圆环缓慢下降，使金属圆环的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：

10. 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。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。 • 表格2 、测量表面张力

11. 3、用游标卡尺测量金属圆环的内外径； 4、计算水的（与空气接触）表面张力系数及不确定度。 其表达式：

12. 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.金属圆环和烧杯中的水必须保持洁净，不要用手触摸烧杯内侧和金属圆环，也不要用手触及水面。 物理实验中心

13. 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金属圆环从水中拉起，该过程中需要时刻保证“三线对齐”，应如何操作？ • 2.实验中要求把金属圆环框拉到欲脱离水膜而又恰未脱离的极限状态，这是为什么？ • 3.若实验过程中金属圆环不是水平拉出水面，而是出现一端高一端低的倾斜现象，对实验结果有无影响？应如何避免？ • 4.试用作图法得出焦利弹簧秤的劲度系数，将结果与逐差法的结果进行比较。 物理实验中心