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1、液體的表面張力系數(shù)測量,大學物理實驗,(一）實驗簡介,拉脫法：測量一個已知周長的金屬圓環(huán)或金屬片從待測液體表面脫離時所需的拉力，從而求得該液體表面張力系數(shù)的方法稱為拉脫法，常用的方法之一。,由于用拉脫法測量液體表面的張力約在110-3-110-2N之間，因此對測量力的儀器要求高。硅壓阻力敏傳感器張力測定儀能滿足測量液體表面張力的需要。,（二）實驗目的,1、用砝碼對硅壓阻力敏傳感器進行定標，計算該傳感器的靈敏度，學習傳感器的定標方法 。 2、觀察拉脫法測液體表面張力的物理過程和物理現(xiàn)象，并用物理學基本概念和定律進行分析和研究，加深對物理規(guī)律的認識。 3、測量純水的表面張力系數(shù)。,（三）實驗原理,

2、（1）液體的表面張力f,液體表面張力是存在于液體表面上任何一條分界線 兩側(cè)的液體的相互作用拉力，其方向沿液體表面，且 恒與分界線垂直，大小于分界線的長度成正比：,f = L,稱為液體表面張力系數(shù)，單位為N.m-1。與液體的 溫度、純度、種類以及它上方的氣體成分有關(guān)。,1、幾個基本的知識點,（2）浸潤與不浸潤現(xiàn)象,當液體和固體接觸時，若固體和液體分子間的吸引力大于液體分子間的吸引力，液體就會沿固體表面擴張，形成薄膜附著在固體上，這種現(xiàn)象稱為浸潤；反之為不浸潤現(xiàn)象。,接觸角,2、實驗儀器,（1）實驗裝置,（2）硅壓阻式力敏傳感器的結(jié)構(gòu)及原理,傳感器 傳感器是將感受的物理量、化學量等信息，按一

3、定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測量和傳輸?shù)男盘柕难b置。電信號易于處理，所大多數(shù)的傳感器是將是將物理量等信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出的。,結(jié)構(gòu)簡圖,1.力臂固定點 2.硅力敏傳感芯片 3.彈性梁 4.掛鉤,原理,UB F 式中: F ：外力的增量 K ：傳感器的靈敏度 U ：相應的電壓改變量,靈敏度：傳感器輸出量增量與相應輸入量增量之 比，單位為 mv/N。它表示每增加 1N 的 力，力敏傳感器的電壓改變量為 B mv。,3 受力分析,使用片狀吊環(huán)，在液膜拉破前瞬 間，考慮一級近似，認為液體的 表面張力為： f = f1 + f2 = (D1+ D2) 這里為表面張力系數(shù)，D1

4、、 D2分別為吊環(huán)的外徑和內(nèi)徑。,液膜拉破前瞬間的受力分析圖,片狀吊環(huán)在液膜拉破前瞬間有： F1 = mg + f1 + f2 此時傳感器受到的拉力F1和輸出電壓U1成正比，有： U1 = BF1,片狀吊環(huán)在液膜拉破后瞬間有： F2 = mg 同樣有 U2 = BF2 片狀吊環(huán)在液膜拉破前后電壓的 變化值可表示為：,液膜拉破后瞬間的受力分析圖,U1 U2 = U = K F = B（F1 F2）= K(D1+ D2) 由上式可以得到液體的表面張力系數(shù)為:,這里U1液膜拉斷前瞬間電壓表的讀數(shù) U2 液膜拉斷后瞬間電壓表的讀數(shù),對整個的實驗過

5、程，可以分為以下3個階段：,吊環(huán)浸沒 在水中,,,,反方向旋轉(zhuǎn)螺母， 電壓表讀數(shù)增加,繼續(xù)旋轉(zhuǎn)讀增 加到一個最大值,繼續(xù)旋轉(zhuǎn)， 讀數(shù)開始減小,減小到某一個 值，液膜破裂,此時，觀察電壓表 讀數(shù)，記下U1、U2,,,,,,,,,階段1,階段2,階段3,4 實驗現(xiàn)象的受力分析,階段1的受力分析,吊環(huán)下沿浸沒在水中時，有,吊環(huán)下沿拉離水面，開始拉起液膜時，有,,,電壓表讀數(shù)達到最大值，此時有,,,,這里，f 為表面張力,,達到最大值后，繼續(xù)反方向轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺母，可以發(fā) 現(xiàn)，電壓表讀數(shù)開始減小，這主要是因為附著在液膜上 的水在重力的作用下向下滑，所以拉力減小。, 階段2的受力分析, 階段3的受力分析,在液膜拉破前瞬間有： F1 = mg + f1 + f2 = mg + f,,在液膜拉破后瞬間有： F2 = mg,,可以得到液體的表面張力：,,液體的表面張力系數(shù),,,,,（四）實驗數(shù)據(jù),表1：硅壓阻力敏傳感器靈敏度的定標,表2：水的表面張力系數(shù)測量,t室= D1= D2=,,,,用不確定度表示測量結(jié)果,相對誤差的計算,,,,,儀=0.1mV,,,數(shù)據(jù)處理計算過程,,,,,,相對誤差計算,