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1、拉脫法測定液體的表面張力系數(shù),實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)原理,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,注意事項(xiàng),思 考 題,儀器簡介,1. 學(xué)習(xí)焦利秤測量微小力的原理和方法。 2. 了解液體表面的性質(zhì)，測定液體的表面張力系數(shù)。,【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?焦利秤實(shí)際上是一種用于測微小力的精細(xì)彈簧秤。結(jié)構(gòu)如右圖，金屬管B垂直豎立在三角底座上，帶有毫米標(biāo)尺的圓柱A套在金屬套管內(nèi)。在金屬管B的上端固定有副尺H，圓柱A頂端伸出的支臂上掛一錐形彈簧S。轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕G可使圓柱A上下移動(dòng)，因而也就調(diào)節(jié)了彈簧S的升降。彈簧上升或下降的距離由主尺（圓柱A）和副尺H來確定。,【儀器簡介】,D為固定在金屬支架上一側(cè)刻有半圓形刻線S2的玻璃圓筒，C為掛在彈簧S下端的兩頭帶鉤的
2、小平面鏡，鏡面上有一刻線S1。實(shí)驗(yàn)時(shí)，使S1、S2及S2在小平面鏡中的象S2三者始終重合，簡稱“三線對齊”。用這種方法可保證彈簧下端的位置是固定的，加負(fù)載后向上拉動(dòng)彈簧確定伸長值。根據(jù)伸長值和彈簧倔強(qiáng)系數(shù)確定外力大小。E為平臺(tái)，轉(zhuǎn)動(dòng)其下端的螺釘F時(shí)平臺(tái)E可升降。,【實(shí)驗(yàn)原理】,鋼針、硬幣等物能漂在潔凈的水表面，清晨小草葉上的露水通常收縮成小球形狀。這些現(xiàn)象提示，液體表面（液氣交界面）好比一層緊繃的薄膜，有自然收縮趨勢，從而導(dǎo)致表面張力現(xiàn)象。用分子論觀點(diǎn)看，液體表面層(約10-8cm)分子所處的環(huán)境跟液體內(nèi)部的分子不同。在液體內(nèi)部，分子比較密集，且受周圍分子的作用力的矢量和為零而處于液體表面層的
3、分子，一方面有被吸引入液體內(nèi)部的趨勢，另一方面因?yàn)樘幱谝贿吺且簯B(tài)（水）一邊是氣態(tài)（空氣）的環(huán)境，表面層內(nèi)分子比較稀疏而微觀相互吸引，宏觀上就呈現(xiàn)出表面張力現(xiàn)象。,1.表面張力,在液體與固體接觸處，若固體和液體分子間的吸引力大于液體分子間的吸引力，液體就會(huì)沿固體表面擴(kuò)張，形成薄膜附著在固體上，這就是浸潤；反之，若固體和液體分子間的吸引力小于液體分子間的吸引力，液體就不會(huì)沿固體表面擴(kuò)張，不附著在固體上，這種現(xiàn)象稱為不浸潤。,2.浸潤與不浸潤現(xiàn)象,3. 表面張力系數(shù),想象在液面上劃一條直線，表面張力就表現(xiàn)為直線兩旁的液膜以一定的拉力相互作用。拉力 f 存在于表面層，方向恒與直線垂直，大小與直線的長度
4、 L 成正比，即 f L,式中稱為表面張力系數(shù)，它等于沿液面作用在分界線單位長度上的表面張力,其單位為Nm-1。它的大小與液體的成分、純度、濃度以及溫度有關(guān)。,,如圖所示：將一表面潔凈的型細(xì)金屬絲框浸入被測液體內(nèi)，然后緩緩拉起金屬絲框，可看到金屬絲帶起一層液膜，與此同時(shí)彈簧被拉長。液膜拉起過程中接觸角逐漸減小而趨向于零，當(dāng)薄膜剛好破裂時(shí)，表面張力的方向垂直向下。,,設(shè)形框長為l、直徑為d，脫離液體前各力平衡的條件為,式中F是將形框拉出液面所施外力；mg為形框和它所沾附的液體的總重量。由于表面張力與接觸面的周長 2(l+d)成正比，故有,式中比例系數(shù),為表面張力系數(shù)。在液膜破裂瞬
5、間彈簧所受的力,，,(3),(2),,所以,,,,,,,,,,(1),,,要測,，只要測出,k、l、d、 L即可。,,f=F-mg=kL,(4),,1.測量彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)k： 掛好彈簧、小鏡子及砝碼盤， 調(diào)節(jié)“三線對齊”。記錄游標(biāo)零線所指示的主尺上的讀數(shù)。 依次在砝碼盤中加入1.0g 的砝碼，共5個(gè)，每次“三線對齊”，記下標(biāo)尺上相應(yīng)讀數(shù)(加6g的讀數(shù)僅供參考)，然后再逐次取出1.0g 的砝碼，記下標(biāo)尺上相應(yīng)的讀數(shù)。求出相同拉力下讀數(shù)的平均值。,【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】,數(shù)據(jù)記錄表1 測定彈簧勁度系數(shù) k,k = f /S,,2.測量L 把型框掛在平面鏡下端的掛鉤上。燒杯盛適當(dāng)?shù)乃?，放在平臺(tái)上。調(diào)
6、節(jié)型框緩慢下降，使型框的橫邊恰好處于液面位置，“三線對齊”，記下標(biāo)尺讀數(shù)s0。然后一只手慢慢調(diào)節(jié)平臺(tái)下的螺絲使燒杯慢慢下降，另一只手慢慢調(diào)節(jié)手輪，彈簧被拉長，在這一過程中要求保持“三線對齊”，直至水膜恰好破裂為止。記下標(biāo)尺上的刻度si，L = si s0 ，反復(fù)測量五次。,【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】,數(shù)據(jù)記錄表2 測定液體表面張力系數(shù) 金屬絲框?qū)挾?L = ；實(shí)驗(yàn)溫度 t =,,3.測量l : 把型框取下，用游標(biāo)卡尺測量其長度，反復(fù)測五次。,,,,,4.測量d: 把型框取下，用螺旋測微器測量其 細(xì)絲直徑，反復(fù)測五次。,【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】,5、數(shù)據(jù)處理,,(1)逐差法計(jì)算 、 ，并計(jì)算 ; (2)逐差法
7、計(jì)算 , 并計(jì)算 ; (3)計(jì)算 、 ，并計(jì)算 、 ； (4)計(jì)算 及 ，并將結(jié)果表示成,使用條件：等間隔、線性變化的測量數(shù)據(jù)。 優(yōu)點(diǎn)是：充分利用各個(gè)測量數(shù)據(jù)，減小測量誤差和擴(kuò)大測量范圍。 例如:聲速的測定實(shí)驗(yàn)中，用行波法測量聲波波長的以下一列數(shù)據(jù)：,逐差法簡介,如果直接計(jì)算每一個(gè)波峰的距離，然后平均，有：,可以看出只有始末兩次測量值起了作用，等效于只測x1和x10 。,為了充分利用測量數(shù)據(jù)，減小測量誤差，應(yīng)采用逐差法： （1）將測量列按次序分為高低兩組 ; （2）取對應(yīng)項(xiàng)的差值后再求平均： 其中 為5個(gè)峰值間的距離，即:,1. 測量表面張力時(shí)，動(dòng)作要慢，還要防止儀器受振動(dòng)。 2. 實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意保護(hù)彈簧使其不受折損，不要隨意拉長或掛重物，要輕拿輕放，切忌用力拉。 3. 型金屬絲框和燒杯中的水必須保持潔凈，不要用手觸摸燒杯內(nèi)側(cè)和型金屬絲，也不要用手觸及水面。,【注意事項(xiàng)】,1.什么是“三線對齊”？本實(shí)驗(yàn)中測量表面張力時(shí)緩慢地將型金屬絲框從水中拉起，該過程中需要時(shí)刻保證“三線對齊”，應(yīng)如何操作？ 2. 實(shí)驗(yàn)中要求把型金屬絲框拉到欲脫離水膜而又恰未脫離的極限狀態(tài)，這是為什么？ 3.若實(shí)驗(yàn)過程中型金屬絲框不是水平拉出水面，而是出現(xiàn)一端高一端低的傾斜現(xiàn)象，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有無影響？應(yīng)如何避免？ 4. 試用作圖法得出焦利彈簧秤的勁度系數(shù)，將結(jié)果與逐差法的結(jié)果進(jìn)行比較。,【思考題】,
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