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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.

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Παρουσίαση με θέμα: "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."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

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 l i ; 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;

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8 表格 1 用逐差法测量弹簧的倔强系数 砝码数 增 重读数 (mm) 减重读数 (mm) 平均数 k 0.0g 1.0g 2.0g 3.0g 4.0g 5.0g 6.0g 7.0g 8.0g 9.0g

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。 ⑵本过程要求反复测量五次。 表格 2 、测量表面张力 次数 标尺零点 读数 S 0 水膜破裂 时读数 S i f

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


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