单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,拉脱法测定液体的表面张力系数,实验目的,实验原理,实验内容,注意事项,思 考 题,仪器简介,1.学习焦利秤测量微小力的原理和方法。,2.了解液体表面的性质，测定液体的表面张力系数。,【,实验目的,】,焦利秤实际上是一种用于测微小力的精细弹簧秤。结构如右图，金属管,B,垂直竖立在三角底座上，带有毫米标尺的圆柱,A,套在金属套管内。在金属管,B,的上端固定有副尺,H,，圆柱,A,顶端伸出的支臂上挂一锥形弹簧,S,。转动旋钮,G,可使圆柱,A,上下移动，因而也就调节了弹簧,S,的升降。弹簧上升或下降的距离由主尺（圆柱,A,）和副尺,H,来确定。,【,仪器简介,】,D,为固定在金属支架上一侧刻有半圆形刻线,S,2,的玻璃圆筒，,C,为挂在弹簧,S,下端的两头带钩的小平面镜，镜面上有一刻线,S,1,。实验时，使,S,1,、,S,2,及,S,2,在小平面镜中的象,S,2,三者始终重合，简称“,三线对齐,”。用这种方法可保证弹簧下端的位置是固定的，加负载后向上拉动弹簧确定伸长值。根据伸长值和弹簧倔强系数确定外力大小。,E,为平台，转动其下端的螺钉,F,时平台,E,可升降。,【,实验原理,】,钢针、硬币等物能漂在洁净的水表面，清晨小草叶上的露水通常收缩成小球形状。这些现象提示，液体表面（液气交界面）好比一层紧绷的薄膜，有自然收缩趋势，从而导致表面张力现象。用分子论观点看，液体表面层(约,10,-8,cm,),分子所处的环境跟液体内部的分子不同。在液体内部，分子比较密集，且受周围分子的作用力的矢量和为零而处于液体表面层的分子，一方面有被吸引入液体内部的趋势，另一方面因为处于一边是液态（水）一边是气态（空气）的环境，表面层内分子比较稀疏而微观相互吸引，宏观上就呈现出表面张力现象。,1.,表面张力,在液体与固体接触处，若固体和液体分子间的吸引力大于液体分子间的吸引力，液体就会沿固体表面扩张，形成薄膜附着在固体上，这就是浸润；反之，若固体和液体分子间的吸引力小于液体分子间的吸引力，液体就不会沿固体表面扩张，不附着在固体上，这种现象称为不浸润。,2.,浸润与不浸润现象,3,.,表面张力系数,想象在液面上划一条直线，表面张力就表现为直线两旁的液膜以一定的拉力相互作用。拉力,f,存在于表面层，方向恒与直线垂直，大小与直线的长度,L,成正比，即,f,L,式中,称为表面张力系数，它等于沿液面作用在分界线单位长度上的表面张力,其单位为Nm,-1,。它的大小与液体的成分、纯度、浓度以及温度有关。,如图所示：将一表面洁净的型细金属丝框浸入被测液体内，然后缓缓拉起金属丝框，可看到金属丝带起一层液膜，与此同时弹簧被拉长。液膜拉起过程中接触角,逐渐减小而趋向于零，当薄膜刚好破裂时，表面张力的方向垂直向下。,设形框长为,l,、直径为,d,，脱离液体前各力平衡的条件为,式中,F,是将形框拉出液面所施外力；,mg,为形框和它所沾附的液体的总重量。由于表面张力与接触面的周长,2(,l+d,),成正比，故有,式中比例系数,为表面张力系数。,在液膜破裂瞬间弹簧所受的力,，,(3),(2),所以,(1),要测,，只要测出,k,、,l,、,d,、,L,即可,。,f=F-mg=k,L,(4),1,.测量弹簧的倔强系数,k,：,挂好弹簧、小镜子及砝码盘，调节“三线对齐”。记录游标零线所指示的主尺上的读数。,依次在砝码盘中加入,1.0g,的砝码，共5个，每次“三线对齐”，记下标尺上相应读数(加6g的读数仅供参考)，然后再逐次取出,1.0g,的砝码，记下标尺上相应的读数。求出相同拉力下读数的平均值。,【,实验内容,】,数据记录表,1,测定弹簧劲度系数,k,序号,砝码重量,（,g,）,增重,S,i,(,10,-3,kg,),减重,S,i,(,10,-3,kg,),平均,(,10,-3,kg,),S,S,+3,-S,(,10,-3,m,),1,0.00,2,1.00,3,2.00,4,3.00,5,4.00.,6,5.00,k=f/,S,2.,测量,L,把型框挂在平面镜下端的挂钩上。烧杯盛适当的水，放在平台上。调节型框缓慢下降，使型框的横边恰好处于液面位置，“三线对齐”，记下标尺读数,s,0,。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,s,i,，,L,=,s,i,s,0,，反复测量五次。,【,实验内容,】,数据记录表,2,测定液体表面张力系数,金属丝框宽度,L,=；实验温度,t,=,液体,次数,金属丝框未浸入液体时焦利氏秤读数,S,0,/m,金属丝框刚好脱离液面时焦利氏秤读数,S,i,/m,差值,S-S,0,/m,表面张力系数,=k,S/2L,/Nm,-1,表面张力系数平均值,/Nm,-1,水,1,2,3,4,5,3.,测量,l,:,把型框取下，用游标卡尺测量其长度，反复测五次。,4.,测量,d,:,把型框取下，用螺旋测微器测量其 细丝直径，反复测五次。,【,实验内容,】,5、,数据处理,(1)逐差法计算 、,，并计算,;,(,2)逐差法计算 ,并计算 ;,(3)计算 、,，并计算,、,；,(4)计算 及 ，并将结果表示成,N,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,x,i,x,1,x,2,x,3,x,4,x,5,x,6,x,7,x,8,x,9,x,10,使用条件：等间隔、线性变化的测量数据。,优点是：充分利用各个测量数据，减小测量误差和扩大测量范围。,例如:声速的测定实验中，用行波法测量声波波长的以下一列数据：,逐差法简介,如果直接计算每一个波峰的距离，然后平均，有：,可以看出只有始末两次测量值起了作用，等效于只测,x,1,和,x,10,。,为了充分利用测量数据，减小测量误差，应采用逐差法：,（1）将测量列按次序分为高低两组,;,（2）取对应项的差值后再求平均：,其中 为5个峰值间的距离，即:,1.测量表面张力时，动作要慢，还要防止仪器受振动。,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.型金属丝框和烧杯中的水必须保持洁净，不要用手触摸烧杯内侧和型金属丝，也不要用手触及水面。,【,注意事项,】,1.什么是“三线对齐”？本实验中测量表面张力时缓慢地将型金属丝框从水中拉起，该过程中需要时刻保证“三线对齐”，应如何操作？,2.实验中要求把型金属丝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.若实验过程中型金属丝框不是水平拉出水面，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。,【,思考题,】,