表面張力系數(shù)

1、物理實驗報告、實驗題目：表面張力系數(shù)的測定 二、實驗?zāi)康模簩W(xué)習(xí)焦利氏秤獨特的設(shè)計原理并用它測量液體的表面張力系數(shù)。三、實驗原理：.“LH I I I I廣(b)5,2.1- I裊面張力示意困把金屬絲AB彎成如圖5.2.1-1(a所示的形狀，并將其懸掛在靈敏的測力計 上，然后把它浸到液體中。當(dāng)緩緩提起測力計時，金屬絲就會拉出一層和液體相 連的液膜，由于表面張力的作用，測力計的讀數(shù)逐漸達(dá)到一最大值 F (超過此值, 膜即破裂)。則F應(yīng)當(dāng)是金屬絲重力mg和薄膜拉引金屬絲的表面張力之和。由 于液膜有兩個表面，若每個表面的力為 F',則由F mg 2F'F, mg(1)2表面張力F

2、9;的大小和分界線的長度成正比。即 F, l(2)式中稱為表面張力系數(shù)，單位是 N/m。表面張力系數(shù)和液體的性質(zhì)有關(guān)， 密度小而易揮發(fā)的液體 小，反之較大；表面張力系數(shù)還和雜質(zhì)和溫度有關(guān)， 測定表面張力系數(shù)的關(guān)鍵是測量表面張力 F'。四、實驗內(nèi)容1 .確定焦利氏秤上錐形彈簧的勁度系數(shù)(1)把錐形彈簧，帶小鏡子的掛鉤和小整碼盤依次安裝到秤框內(nèi)的金屬桿上。 調(diào)節(jié)支架底座的底腳螺絲，使秤框豎直，小鏡子應(yīng)正好位于玻璃管中間， 掛鉤上下運(yùn)動時不致和管摩擦。(2)逐次在整碼盤內(nèi)放入整碼，調(diào)節(jié)升降鈕，做到三線對齊。記錄升降桿的位置讀數(shù)。用逐差法和作圖法計算出彈簧的勁度系數(shù)。2. 測量自來水的表面張力

3、系數(shù)(1)用鋼板尺測量金屬圈的直徑和金屬絲兩腳之間的距離 So(2)取下整碼，在整碼盤下掛上已清洗過的金屬圈， 仍保持三線對齊，記下開 降桿讀數(shù)10。(3)把盛有自來水的燒杯放在焦利氏秤臺上，調(diào)節(jié)平臺的微調(diào)螺絲和升降鈕， 使金屬圈浸入水面以下。(4)緩慢地旋轉(zhuǎn)平臺微調(diào)螺絲和升降鈕，注意燒杯下降和金屬桿上升時，始終 保持三線對齊。當(dāng)液膜剛要破裂時，記下金屬桿的讀數(shù)。測量 3次，取平 均，計算自來水的表面張力系數(shù)和不確定度。3. 測量肥皂水的表面張力系數(shù)用金屬絲代替金屬圈，重新確定彈簧的起始位置 10,測量步驟同2五、實驗數(shù)據(jù)記錄：1、確定焦利氏秤上錐形彈簧的勁度系數(shù)：位置讀數(shù)/cm5.175.6

4、56.106.607.10整碼重/g00.51.01.52.0位置讀數(shù)/cm7.578.028.518.989.45整碼重/g2.53.03.54.04.5表 52212、測量自來水的表面張力系數(shù)金屬圈直徑D/cm3.593.583.60兩腳距離So /cm4.914.904.91升降桿讀數(shù)10 /cm5.51金屬桿的讀數(shù)1/cm7.357.337.34表 52223、測量肥皂水的表面張力系數(shù)升降桿讀數(shù)10 /cm5.86金屬桿的讀數(shù)1/cm6.406.426.42表 5223六、實驗數(shù)據(jù)分析：1 .確定焦利氏秤上錐形彈簧的勁度系數(shù)：(1)作圖法處理數(shù)據(jù)： B Linear Fit of Da

5、talB12345L / cm圖 5.2.2 1Linear Regression for Data1_B:Y = A + B * XParameterValueErrorA5.171090.0083B0.952850.00311RSDNP0.999960.0141210<0.0001由圖求得斜率為：B=0.95285 N/m得彈簧的勁度系數(shù)為k= B g =0.9338N/m10(2)逐差法處理數(shù)據(jù):(mn 5mn)_1 X n 5 Xn _ _ _ _B=nn =0.9528N/m5B g k=g=0.9337N/m二者平均值k 0.9338N/m2.測定自來水的表面張力系數(shù)123平

6、均值I標(biāo)準(zhǔn)偏差金屬圈直徑D/cm3.593.583.603.590.01升降桿讀數(shù)l0/cm5.51金屬桿的讀數(shù)l/cm7.357.337.347.340.01表 5.2.2 4d =0.0359m(r=1.0 10-4U (d) =(1.0 10-4/.3) 1.32=7.62 10-5l =0.0734 m (r=1.0 10-4U(l)=(1.0 10-4/.3) 1.32=7.62 10-5帶入公式：k( Io)2 d得=0.0758N/m不確定度公式：222U( ) UU(d)l lod代入數(shù)據(jù)得： _4_ U( ) =3.543 100.0004P=0.68所以結(jié)果最終表示為：=0

7、.0758 0.0004 N/m P=0.683.測量肥皂水的表面張力系數(shù)：123平均值I標(biāo)準(zhǔn)偏差兩腳距離s。/cm4.914.904.914.9070.006升降桿讀數(shù)10 /cm5.86金屬桿的讀數(shù)1/cm6.406.426.426.4130.012表 5.2.251=0.06413 m a =1.2 10-4U(1)=(1.2 10-4/ .3) 1.32=9.15 10-5s=0.04907 m =6.0 10-5U (s) =(6.0 10-5/ .3) 1.32=4.57 10-5代入公式：k( I。)2s得：=0.0526N/m不確定度公式：222U( )U(1)U(s)1 10

8、s代入數(shù)據(jù)得：U( ) =0.00087 0.0009P=0.68所以最終結(jié)果為：=0.0526 0.0009N/mP=0.68七、問題和思考：1 .焦利氏秤法測定液體的表面張力有什么優(yōu)點？2.有人利用潤濕現(xiàn)象設(shè)計了一個毛細(xì)管永動機(jī)（圖5.2.1-3）。A管中液面高于B管，由連通器原理，B管下端滴水，而滴水可以作功，水又回到槽內(nèi)，成為永動機(jī)。試分析其謬誤所在 秤有所不同，普通的彈簧秤是固定上端，通過下端移動的距離來稱衡，而焦 利氏秤則是在測量過程中保持下端固定在某一位置，靠上端的位移大小來1.答：焦利氏秤由固定在底座上的秤框、可升降的金屬桿和錐形彈簧秤等部分組成，它和普通的彈簧防 54J -3稱衡。其次，為了克服因彈簧自重引起彈性系數(shù)的變化，把彈簧做成錐形。由于測定表面張力系數(shù)的關(guān)鍵是測量表面張力F'。用普通的彈簧是很難迅速測出液膜即將破裂時的F的，而焦利氏秤利用它自身結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢，可 以方便地測量表面張力F'。2.答:這個永動機(jī)的謬誤主要有以下幾點：1 .根據(jù)這次所作的試驗，很明顯的可以看出，液體