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1、液體表面張力系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板
【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?
1．了解水的表面性質(zhì)，用拉脫法測(cè)定室溫下水的表面張力系數(shù)。
2．學(xué)會(huì)使用焦利氏秤測(cè)量微小力的原理和方法。
【實(shí)驗(yàn)儀器】
焦利秤，砝碼，燒杯，溫度計(jì)，鑷子，水，游標(biāo)卡尺等。
【實(shí)驗(yàn)原理】液體具有盡量縮小其表面的趨勢(shì)，好像液體表面是一張拉緊了的橡皮膜一樣。這種沿著表面的、收縮液面的力稱之為表面張力。測(cè)量表面張力系數(shù)的常用方法：拉脫法、毛細(xì)管升高法和液滴測(cè)重法等。此試驗(yàn)中采用了拉脫法。拉脫法是直接測(cè)定法，通常采用物體的彈性形變（伸長(zhǎng)或扭轉(zhuǎn)）來(lái)量度力的大小。液體表面層內(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)部的每一個(gè)分子四周都被同類的
2、其他分子所包圍，他所受到的周圍分子合力為零。由于液體上方的氣象層的分子很少，表層內(nèi)每一個(gè)分子受到的向上的引力比向下的引力小，合力不為零。這個(gè)力垂直于液面并指向液體內(nèi)部。所以分子有從液面擠入液體內(nèi)部的傾向，并使得液體表面自然收縮，直到處于動(dòng)態(tài)平衡。
表面張力 f 與線段長(zhǎng)度 L 成正比。即有：
f = αL （1）
比例系數(shù)α 稱為液體表面張力系數(shù)，其單位為Ｎm-1。
將一表面潔凈的長(zhǎng)為 L、寬為 d 的矩形金屬片（或金屬絲）豎直浸入水中，然后慢慢提 起一張水膜，當(dāng)金屬片將要脫離液面，即拉起的水膜剛好要破裂時(shí)，則有
F = mg + f （2）
式中 F 為把金屬片拉出液面時(shí)所用的力；
3、mg 為金屬片和帶起的水膜的總重量； f 為表面張力。此時(shí)， f 與接觸面的周圍邊界 2（L＋ d ）,代入（2）式中可得α = F ? mg2( L + d )
本實(shí)驗(yàn)用金屬圓環(huán)代替金屬片，則有
α =
F ? mg
π (d1 + d2 )
式中 d1、d2 分別為圓環(huán)的內(nèi)外直徑。
【實(shí)驗(yàn)步驟】1．調(diào) “三線對(duì)齊”
2． 測(cè)量彈簧的倔強(qiáng)系數(shù) K
3．測(cè)（F－mg）值。
F ? mg = f = K ?S
代入得
K
α =
?S
π (d
+ d
)
1
2
4．用
4、卡尺測(cè)出 d1、d2 值，將數(shù)據(jù)即可算出水的α 值。
5. 再記錄室溫，可查出此溫度下蒸餾水的標(biāo)準(zhǔn)值α ，并做比較。
四、強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng):
1．由于雜質(zhì)和油污可使水的表面張力顯著減小，所以務(wù)必使蒸餾水、燒杯、金屬片保
持潔凈。
2．清潔后的用具，切勿用手觸摸，應(yīng)有鑷子取出或存放。
3．測(cè)量 S 時(shí)要避免水膜提前破裂，否則實(shí)驗(yàn)誤差較大，其中引起水膜提前破裂的因素 有：桌面的震動(dòng)，空氣的流動(dòng)，金屬圓環(huán)底部不水平等?！緮?shù)據(jù)處理】
1.用逐差法計(jì)算彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)（實(shí)驗(yàn)溫度：180C）
砝碼數(shù)
增重讀數(shù)(mm)
減重讀數(shù)(mm)
平均數(shù)(mm)
(mm
5、)
0
246.82
246.32
246.57
49.56
1
255.78
254.82
255.05
50.00
2
264.62
264.44
264.61
50.60
3
275.44
275.32
275.38
50.69
4
284.32
285.42
284.87
49.95
5
296.44
295.82
296.13
6
305.22
304.88
305.05
7
315.24
315.18
315.21
8
326.32
325.82
326.07
9
334.52
6、
335.12
334.82
50.16
=0.976
0.485
0.584
=0.02mm
=0.560
=0.010
2．計(jì)算液體表面張力
次數(shù)
初始位置S0(mm)
水膜破裂時(shí)讀數(shù)Si(mm)
ΔS=Si－S0(mm)
(mm)
1
245.60
247.76
2.16
2.05
2
238.82
240.70
1.88
3
231.62
233.84
2.22
4
224.42
226.56
2.14
5
217.48
219.32
1.84
0.188
0.226
0.02mm
=0.226
3.
7、 金屬環(huán)外、內(nèi)直徑的測(cè)量(本實(shí)驗(yàn)直接給學(xué)生結(jié)果)
平均值(mm)
d1
34.92
d2
33.12
0.009
3．計(jì)算表面張力系數(shù)及不確定度
0.462
4.表面張力系數(shù)的理論值：0.0728
【誤差分析】
1. 定標(biāo)時(shí)砝碼盤搖晃，會(huì)使傳感器受到大于砝碼盤（含砝碼）重力的力的作用，這會(huì)導(dǎo)致測(cè)得的電壓值偏大，致使定標(biāo)獲得的k過(guò)大，導(dǎo)致最后求得的結(jié)果偏小
2. 如果吊環(huán)不水平，則會(huì)導(dǎo)致水面在下降過(guò)程中，水膜并不是同時(shí)破裂，實(shí)際作用于吊環(huán) 的水膜長(zhǎng)度只是吊環(huán)周長(zhǎng)的一小部分，這會(huì)會(huì)導(dǎo)致最后求得的結(jié)果偏小
3. 測(cè)定儀測(cè)量電壓值并不是連續(xù)的，需要一定的時(shí)間來(lái)進(jìn)行反應(yīng)
8、，若在水膜即將破裂時(shí)水面下降過(guò)快，傳感器尚未顯示出實(shí)際的最大電壓值， 吊環(huán)就已經(jīng)脫離水面。這樣會(huì)導(dǎo)致所測(cè)得的張力過(guò)小，從而導(dǎo)致求得的系數(shù)過(guò)?。?
【思考題】
1. 用焦利稱測(cè)量微小力的依據(jù)是什么？
答：如果我們?cè)陧来a托盤上加X(jué)克砝碼,彈簧伸長(zhǎng)了某一長(zhǎng)度,細(xì)金屬桿上鏡中的標(biāo)線即向下移動(dòng),此時(shí)三線不再重合.轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕使管向上移動(dòng),因而細(xì)金屬桿也隨之向上移動(dòng).當(dāng)三線又重合時(shí),在管及管的游標(biāo)上可讀出第二個(gè)讀數(shù),該讀數(shù)與第一個(gè)讀數(shù)這差就是彈簧在增加X(jué)克重量時(shí)所伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度.
2．金屬圓環(huán)浸入水中，然后輕輕提起到底面與水面相平時(shí)，試分析金屬圓環(huán)在豎直方向的受力。
答：豎直向下的重力，液體表面張力沿豎直方向向下的分力，彈簧拉力
3． 分析（2）式成立的條件，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)如何保證這些條件實(shí)現(xiàn)？
答：（2）式在欲脫離水膜而又恰未脫離的極限狀態(tài)時(shí)成立，應(yīng)該保證金屬圓環(huán)水平拉
出水面
4． 本實(shí)驗(yàn)中為何安排測(cè)（F—mg），而不是分別測(cè)F和mg？
答：因?yàn)橹苯訙y(cè)F比較麻煩，而且F改變得較小，可能需要力傳感器，實(shí)現(xiàn)起來(lái)不方便也不簡(jiǎn)單。
5. 本實(shí)驗(yàn)影響測(cè)量的主要因素有哪些？這些因素使偏大還是偏??？
答：實(shí)驗(yàn)表明，與液體種類、純度、溫度和液面上方的氣體成分有關(guān)，液體溫度越
高a值越小，液體含雜質(zhì)越多，值越小，只要上述條件保持一定，則是一個(gè)常數(shù)
原始數(shù)據(jù)：
液體表面張力系數(shù)的測(cè)定報(bào)告模板
