液體表面張力的大小與液體溫度的關(guān)系

1、 液體表面張力的大小與液體溫度的關(guān)系 班級：物理c052 姓名：陳延青 學(xué)號：053128 同組人：周華一目的與要求 .掌握用喬里秤（或扭秤）測量微小力的原理和方法； .了解液體表面的性質(zhì)； .研究液體表面張力與液體溫度及液體密度的關(guān)系。 二. 儀器 .喬里秤 .“|”型金屬絲 .砝碼、鑷子、氣壓計(jì)、溫度計(jì) .純水（2.0、29.0、56.0）玻璃器皿等三.儀器簡介 1.喬里秤的結(jié)構(gòu)ajgfhcedbk 喬里秤是一個(gè)精密的彈簧秤（圖1-1），常用于測量微小力。在直立的可向上向下移動的金屬桿a的橫梁上，懸掛一根彈簧k（彈簧作成錐形，是為了消除因彈簧自重而引起的彈簧伸長量的不均，懸掛時(shí)應(yīng)該小頭在上

2、、大頭在下）。彈簧下端掛一個(gè)帶有水平刻線的長條形反光鏡d。反光鏡d懸在帶水平刻線的玻璃管e中，d下端有一小鉤，可用來懸掛砝碼盤f或“|”型絲h。帶米吃刻度的金屬桿a套在金屬管j中，空管上附有游標(biāo)b和可以動的平臺c。轉(zhuǎn)動旋鈕g可使金屬桿a上下移動，因而也就調(diào)節(jié)了彈簧的升降。彈簧上升或下降的距離由主尺（金屬桿a）和游標(biāo)b確定。主尺簡稱標(biāo)尺。 2.喬里秤的“三線對齊”使用方法 在使用喬里秤時(shí)， 應(yīng)是反光鏡d上的水平刻線、玻璃管e的水平刻線各玻璃管水平刻線在反光鏡d中的像重合，即“三線對齊”。用“三線對齊”方法可保證彈簧下端的位置始終是固定的，而彈簧伸長量x使可以用米尺和游標(biāo)卡尺測量出來（也即將彈簧伸

3、長前、后兩次的讀數(shù)之差測量出來）。讀數(shù)方法和游標(biāo)卡尺的讀書方法完全一樣。喬里秤的游標(biāo)是十分游標(biāo)，分度值是0.1mm。 根據(jù)胡克定律， 在彈性限度內(nèi)，彈簧伸長量x與所加外力f成正比，即f=kx。式中k是彈簧倔強(qiáng)系數(shù)（也叫彈性系數(shù)）。對于一個(gè)特定的彈簧，k值是一定的。如果將已知重量的砝碼加到砝碼盤中，測出彈簧的伸長量，由上面的式子即可計(jì)算出該彈簧的k值。這一步稱為喬里秤的校準(zhǔn)。喬里秤校準(zhǔn)后只要測出彈簧的伸長量，就可以算出作用與彈簧上的外力f。四.原理 液體表面層（厚度等于分子作用半徑，約10-10cm）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)部每一個(gè)分子四周都被同類其它分子包圍，它所受到周圍

4、分子作用力的合力為零，但處于表面層分子一邊受液體內(nèi)部分子引力，另一邊受外部氣體分子的作用。由于氣體的密度比液體密度小得多，所以液體表面層的分子手到內(nèi)部液體分子對它的引力大于外部氣體分子對它的引力，因而這些分子受的合力是垂直于液面并指向液體的內(nèi)部。正是由于這個(gè)原因，當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡時(shí)，液體表面分子有盡量擠入液體內(nèi)部使液體盡可能縮小的趨勢。這種沿著液體表面的、使表面有收縮傾向的作用力就叫液體的表面張力。表面張力的大小可用表面張力系數(shù)描述。設(shè)想在液面上做一個(gè)長為l的線段，則張力的作用表現(xiàn)在線段的兩邊液面以一定拉力f相互作用，而且里的方向恒與線段垂直，大小與線段長l成正比，即 f=l （1-1）式中

5、，稱為表面張力系數(shù)。它等于沿液面作用在分界線單位長度上的表面張力。如在液體中浸入一“|”型金屬細(xì)絲，則附近的液面將呈現(xiàn)出圖1-2所示的形狀。由于液面收縮而產(chǎn)生的沿著切線方向的力f就是表面張力，角稱為接觸角。當(dāng)緩緩提拉“|”型金屬細(xì)絲時(shí)，接觸角會逐漸減小而趨向于零，即液膜被撕破的瞬間，表面張力是垂直向下的，如圖1-3所示。此時(shí)，由靜力平衡條件得 f=mg+2f （1-2）表面張力 f=1/2(f-mg)設(shè)“|”形絲長為l，由式（1-1）、式（1-3）可得表面張力系數(shù) =（f-mg）/2l表面張力系數(shù)與液體的種類、純度、溫度和它上方的氣體成分有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，液體的溫度越高，值越小；液體所含雜質(zhì)越多

6、，值也越小。只要上述這些條件保持一定，就是一個(gè)常數(shù)。五.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟 1.測定彈簧彈性系數(shù)k 首先調(diào)整喬里秤下面的三角螺絲，使金屬桿a處于鉛直位置， 按圖1-1所示，掛好錐形彈簧、砝碼盤和小鏡掛鉤， 緩緩調(diào)節(jié)旋鈕g是小鏡上刻線、玻璃管上刻線及其在鏡子里的像對齊，即“三線對齊”，記下此時(shí)米尺既游標(biāo)b的讀數(shù)s1, 依次將0.2g、0.4g、0.6g、0.8g、1.0g砝碼放在砝碼盤中，并調(diào)節(jié)旋鈕g，使“三線對齊”，同時(shí)分別依次記下主尺和游標(biāo)的讀數(shù)s2、s3、s4、s5、s6。然后，依次減少砝碼，每次減少0.2g，并使“三線對齊”， 同時(shí)依次記下相應(yīng)讀數(shù)s6、s5、s4s1。計(jì)算平均值si平=1/

7、2（si+si）(i=1、2、6)及si=si+3平-si平值（i=1、2、3，i+3=4、5、6）。利用胡克定律，計(jì)算彈性系數(shù)ki=f/si。數(shù)據(jù)處理 將數(shù)據(jù)記錄在表1-1內(nèi)，然后求出s平、k平及k平 。 根據(jù)f=kx，也即根據(jù)f=ks（其中f=mg=0.60*10-3*9.8(n)），可得 ki=f/si =（0.60*10-3*9.8）/si*10-3（n/m） 根據(jù)k平=1/3（3/i=1）ki或k平=f/s求出k平值。 表1-1 量名 次數(shù)砝碼增重si（10-3m）減重si（10-3m）求平均si平（10-3m）si= si+3平-si平（10-3m）ki（n/m）ki（n/m）10

8、.001.351.361.360.69.83.320.2.1.501.521.5130.401.701.701.700.5710.33.440.601.861.851.8650.802.092.072.080.5610.53.561.002.262.262.26 求平均：si平、k平、k平0.5810.23.4根據(jù)常用函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的公式，推導(dǎo)出 k/k=（f/f）2 +（s/s）2 1/2 其中 f=/(3)1/2=(0.01*10-3)/(3)1/2kg s=(儀s2+s平2)1/2 儀s=/(3)1/2 s平=tpss平代入數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算，并將結(jié)果表示為 k平±k=（

9、77; ）n/m k/k= （%）2.測定水的表面張力系數(shù)（不同溫度下） 用米尺量出“|”形細(xì)絲的橫邊的長l， 用稀堿溶液洗滌“|”形絲，去掉油污，在經(jīng)清水涮洗后，用酒精洗凈，晾曬干至不掛水珠。 將洗好的“|”形絲掛在小鏡d下面的掛鉤上（或砝碼盤下面的掛鉤上）， 轉(zhuǎn)動升降旋鈕g，使“三線對齊”，即下此時(shí)“|”形框在空氣中時(shí)標(biāo)尺讀數(shù)s0。 將燒杯中注入蒸餾水（或凈水）多半杯。 將盛好水的燒杯放在平臺c上，轉(zhuǎn)動平臺下端的螺旋，使平臺處于較高位置，同時(shí)轉(zhuǎn)動g。使“|”形絲浸入燒杯中的液體內(nèi)，并恰好在接近水平面位置，并且始終保持“三線對齊”。 在始終保持“三線對齊”的條件下，一手緩慢的轉(zhuǎn)動升降旋鈕g，

10、使“|”形絲從液面向上提拉；而另一手同時(shí)緩慢地轉(zhuǎn)動平臺下螺旋，使平臺帶著液體燒杯下降，此時(shí)可以看到在“|”形絲與液面之間拉出一個(gè)液體薄膜。如此，直到“|”形絲拉出的薄膜破裂，“|”形絲彈離液面為止。 記下此刻“|”框所拉水薄膜破裂時(shí)標(biāo)尺的讀數(shù)s0， 計(jì)算（s- s0）的值，即為彈簧的伸長量x。 重復(fù)上述測s0及s的步驟5次 求出s=s- s0的平均值及其標(biāo)準(zhǔn)不確定度， 將不同溫度的液體都測一遍，將數(shù)據(jù)填在下表。數(shù)據(jù)處理測定水的表面張力系數(shù)的數(shù)據(jù)記錄在表1-2中。利用式（1-2）及胡克定律，將f=mg+2f=k*s代入式（1-4）中，得 =ks/2l則 平=k平s平/2l （n/m） a/=（k/k）2+（s/s）2+（l/l）21/2 =（/）結(jié)果表示： 量名被測量液體s0 （10-3m）s（10-3m）s（10-3m）平均（10-3m）1. 2.01.401.860.460.452. 2.01.431.870.443. 2.01.421.860.444. 29.01.371.700.330.335. 29.01.351.690.346. 29.01.361.700.337. 56.01.361.550.190.198. 56.01.351.530.189. 56.01.