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液體表面張力系數(shù)的測定實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 1．了解水的表面性質(zhì)，用拉脫法測定室溫下水的表面張力系數(shù)。 2．學(xué)會使用焦利氏秤測量微小力的原理和方法。 【實(shí)驗(yàn)儀器】 焦利秤，砝碼，燒杯，溫度計(jì)，鑷子，水，游標(biāo)卡尺等。 【實(shí)驗(yàn)原理】液體具有盡量縮小其表面的趨勢，好像液體表面是一張拉緊了的橡皮膜一樣。這種沿著表面的、收縮液面的力稱之為表面張力。測量表面張力系數(shù)的常用方法：拉脫法、毛細(xì)管升高法和液滴測重法等。此試驗(yàn)中采用了拉脫法。拉脫法是直接測定法，通常采用物體的彈性形變（伸長或扭轉(zhuǎn)）來量度力的大小。液體表面層內(nèi)的分子所處的環(huán)境跟液體內(nèi)部的分子不同。液體內(nèi)部的每一個(gè)分子四周都被同類的其他分子所包圍，他所受到的周圍分子合力為零。由于液體上方的氣象層的分子很少，表層內(nèi)每一個(gè)分子受到的向上的引力比向下的引力小，合力不為零。這個(gè)力垂直于液面并指向液體內(nèi)部。所以分子有從液面擠入液體內(nèi)部的傾向，并使得液體表面自然收縮，直到處于動(dòng)態(tài)平衡。 表面張力 f 與線段長度 L 成正比。即有： f = αL （1） 比例系數(shù)α 稱為液體表面張力系數(shù)，其單位為Ｎm-1。 將一表面潔凈的長為 L、寬為 d 的矩形金屬片（或金屬絲）豎直浸入水中，然后慢慢提 起一張水膜，當(dāng)金屬片將要脫離液面，即拉起的水膜剛好要破裂時(shí)，則有 F = mg + f （2） 式中 F 為把金屬片拉出液面時(shí)所用的力；mg 為金屬片和帶起的水膜的總重量； f 為表面張力。此時(shí)， f 與接觸面的周圍邊界 2（L＋ d ）,代入（2）式中可得α = F ? mg2( L + d ) 本實(shí)驗(yàn)用金屬圓環(huán)代替金屬片，則有 α = F ? mg π (d1 + d2 ) 式中 d1、d2 分別為圓環(huán)的內(nèi)外直徑。 【實(shí)驗(yàn)步驟】1．調(diào) “三線對齊” 2． 測量彈簧的倔強(qiáng)系數(shù) K 3．測（F－mg）值。 F ? mg = f = K ?S 代入得 K α = ?S π (d + d ) 1 2 4．用卡尺測出 d1、d2 值，將數(shù)據(jù)即可算出水的α 值。 5. 再記錄室溫，可查出此溫度下蒸餾水的標(biāo)準(zhǔn)值α ，并做比較。 四、強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng): 1．由于雜質(zhì)和油污可使水的表面張力顯著減小，所以務(wù)必使蒸餾水、燒杯、金屬片保 持潔凈。 2．清潔后的用具，切勿用手觸摸，應(yīng)有鑷子取出或存放。 3．測量 S 時(shí)要避免水膜提前破裂，否則實(shí)驗(yàn)誤差較大，其中引起水膜提前破裂的因素 有：桌面的震動(dòng)，空氣的流動(dòng)，金屬圓環(huán)底部不水平等?！緮?shù)據(jù)處理】 1.用逐差法計(jì)算彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)（實(shí)驗(yàn)溫度：180C） 砝碼數(shù) 增重讀數(shù)(mm) 減重讀數(shù)(mm) 平均數(shù)(mm) (mm) 0 246.82 246.32 246.57 49.56 1 255.78 254.82 255.05 50.00 2 264.62 264.44 264.61 50.60 3 275.44 275.32 275.38 50.69 4 284.32 285.42 284.87 49.95 5 296.44 295.82 296.13 6 305.22 304.88 305.05 7 315.24 315.18 315.21 8 326.32 325.82 326.07 9 334.52 335.12 334.82 50.16 =0.976 0.485 0.584 =0.02mm =0.560 =0.010 2．計(jì)算液體表面張力 次數(shù) 初始位置S0(mm) 水膜破裂時(shí)讀數(shù)Si(mm) ΔS=Si－S0(mm) (mm) 1 245.60 247.76 2.16 2.05 2 238.82 240.70 1.88 3 231.62 233.84 2.22 4 224.42 226.56 2.14 5 217.48 219.32 1.84 0.188 0.226 0.02mm =0.226 3. 金屬環(huán)外、內(nèi)直徑的測量(本實(shí)驗(yàn)直接給學(xué)生結(jié)果) 平均值(mm) d1 34.92 d2 33.12 0.009 3．計(jì)算表面張力系數(shù)及不確定度 0.462 4.表面張力系數(shù)的理論值：0.0728 【誤差分析】 1. 定標(biāo)時(shí)砝碼盤搖晃，會使傳感器受到大于砝碼盤（含砝碼）重力的力的作用，這會導(dǎo)致測得的電壓值偏大，致使定標(biāo)獲得的k過大，導(dǎo)致最后求得的結(jié)果偏小 2. 如果吊環(huán)不水平，則會導(dǎo)致水面在下降過程中，水膜并不是同時(shí)破裂，實(shí)際作用于吊環(huán) 的水膜長度只是吊環(huán)周長的一小部分，這會會導(dǎo)致最后求得的結(jié)果偏小 3. 測定儀測量電壓值并不是連續(xù)的，需要一定的時(shí)間來進(jìn)行反應(yīng)，若在水膜即將破裂時(shí)水面下降過快，傳感器尚未顯示出實(shí)際的最大電壓值， 吊環(huán)就已經(jīng)脫離水面。這樣會導(dǎo)致所測得的張力過小，從而導(dǎo)致求得的系數(shù)過小； 【思考題】 1. 用焦利稱測量微小力的依據(jù)是什么？ 答：如果我們在砝碼托盤上加X克砝碼,彈簧伸長了某一長度,細(xì)金屬桿上鏡中的標(biāo)線即向下移動(dòng),此時(shí)三線不再重合.轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕使管向上移動(dòng),因而細(xì)金屬桿也隨之向上移動(dòng).當(dāng)三線又重合時(shí),在管及管的游標(biāo)上可讀出第二個(gè)讀數(shù),該讀數(shù)與第一個(gè)讀數(shù)這差就是彈簧在增加X克重量時(shí)所伸長的長度. 2．金屬圓環(huán)浸入水中，然后輕輕提起到底面與水面相平時(shí)，試分析金屬圓環(huán)在豎直方向的受力。 答：豎直向下的重力，液體表面張力沿豎直方向向下的分力，彈簧拉力 3． 分析（2）式成立的條件，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)如何保證這些條件實(shí)現(xiàn)？ 答：（2）式在欲脫離水膜而又恰未脫離的極限狀態(tài)時(shí)成立，應(yīng)該保證金屬圓環(huán)水平拉 出水面 4． 本實(shí)驗(yàn)中為何安排測（F—mg），而不是分別測F和mg？ 答：因?yàn)橹苯訙yF比較麻煩，而且F改變得較小，可能需要力傳感器，實(shí)現(xiàn)起來不方便也不簡單。 5. 本實(shí)驗(yàn)影響測量的主要因素有哪些？這些因素使偏大還是偏小？ 答：實(shí)驗(yàn)表明，與液體種類、純度、溫度和液面上方的氣體成分有關(guān)，液體溫度越 高a值越小，液體含雜質(zhì)越多，值越小，只要上述條件保持一定，則是一個(gè)常數(shù) 原始數(shù)據(jù)：