实验十一 液体表面张力系数的测定.doc

实验十一 液体表面张力系数的测定表面张力是液体表面的重要特性，这种应力存在于极薄的表面层内，是液体表面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体内的趋势，从而使液体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。我们将这种沿着液体表面，使液体表面收缩的力称作液体表面张力。作用于液面单位长度上的表面张力称作表面张力系数。测量该系数的方法有：拉脱法、毛细管法和最大气泡压力法等。本书实验介绍用拉脱法及毛细管法测定液体表面张力系数。拉脱法属于直接测量方法，而毛细管法属于间接测量方法方法一 用拉脱法测液体的表面张力系数【预习要求】1.掌握了解拉脱法测量表面张力系数的原理。2.熟悉焦利称的结构和使用方法。3.设计出实验数据记录表格。【实验目的】1.学习焦利秤的使用方法。2.用拉脱法测量液体的表面张力系数，了解液体的表面特性。【实验仪器】 焦利秤，金属丝框，砝码，玻璃皿，游标卡尺，温度计【实验原理】设想在液面上有一长为的线段，那么表面张力的作用就表现在线段两边的液面以力相互作用，的方向垂直于线段，且与液面相切，大小与的长度成正比，即 (11-1) 式中为液体的表面张力系数，它在数值上等于作用在液体表面单位长度上的力。在国际单位制中，表面张力系数的单位为牛顿每米，记为。表面张力系数的大小与液体的性质、温度和所含的杂质有关。如图11-1所示，将金属丝框垂直浸入水中润湿后往上提起，此时金属丝框下面将带出一水膜。该膜有着两个表面，每一表面与水面相交的线段上都受到大小为，方向竖直向下的表面张力的作用。要把金属丝框从水中拉脱出来，就必须在金属丝框上加一定的力。当水膜刚要被拉断时，则有 (11-2)式中分别为金属丝框和水膜所受的重力。据上式有 (11-3)设金属丝的直径为，当水膜刚要被拉断时膜的高度为，水膜的长度为。因为拉出的液膜有前后两个表面，中间有一层厚度约为的被测液体膜，该液体膜所受重力为：。由上式可见，只要测量金属丝框的宽度、直径和水膜拉断时的高度，用焦利称测出之值，就可用式（11-3）算出水的表面张力系数。仪器介绍 焦利秤，金属丝框，砝码，玻璃皿，游标卡尺，温度计。焦利秤是一种精细的弹簧秤，常用于测量微小的力。如图11-2所示，带有米尺刻度的圆柱套在中空立管内，管上附有游标。调节旋钮可使在管内上下移动。的横梁上悬挂一个锥型细弹簧，弹簧的下端挂着一面刻有水平线的小镜，小镜悬空在刻有水平线的玻璃管中间。小镜下端的小钩用来悬挂砝码盘和金属丝框。调节螺旋可让工作平台做上下移动。使用焦利秤时，通过调节旋钮使圆柱上下移动，从而调节弹簧的升降，目的在于使小镜上的水平刻线、玻璃管上的水平刻线、以及刻线在小镜中的象三者重合(简称“三线对齐”)，这样可以保持线的位置不变。应当指出，普通弹簧秤是上端固定，加负荷后向下伸长。而焦利秤是保持弹簧的下端(线)的位置不变，则弹簧加负载后的伸长量与弹簧上端点向上的移动量相等，它可用圆柱上的主尺和套管上的游标来测量。再根据胡克定律 (11-4)在已知弹簧劲度系数的条件下，求出力的量值。【实验内容】一、测量弹簧的劲度系数1.挂好弹簧、小镜和砝码盘，使小镜穿过玻璃管并恰好在其中。2.调节三足底座上的底脚螺丝，使立管处于铅直状态。3.调节升降旋钮，使小镜的刻线、玻璃管的刻线、及在小镜中的象三者重合。从游标上读出未加砝码时的位置坐标。4.在砝码盘内逐次添加相同的小砝码（如取）。每增添一只砝码，都要调节升降旋钮，使焦利秤重新达到 “三线对齐”，再分别读出其位置坐标。5.用逐差法处理所测数据，求出弹簧的劲度系数。二、测量水的表面张力系数1.把金属丝框、玻璃皿和镊子清洗干净，并用蒸馏水冲洗。用镊子将金属丝框挂在小镜下端的挂钩上，同时把装入适量蒸馏水的玻璃皿置于平台上。2.调节平台升降螺旋，使金属丝框浸入水中。再调节升降旋钮，使焦利秤达到“三线对齐”，记下游标所示的位置坐标。3.调节升降旋钮，使金属丝框缓缓上升，同时调节使液面逐渐下降，并保持“三线对齐”。当水膜刚被拉断时，记下游标所示的位置坐标。4.重复上述步骤6次，求出弹簧的伸长量和平均伸长量，于是有。5.记录室温，并用游标卡尺测量金属丝框的宽度，测量6次。6.根据式(11-3)算出液体的表面张力系数的平均值，并计算出其标准误差，写出测量结果。【注意事项】1.金属丝框，玻璃皿和玻璃皿中的蒸馏水必须保持清洁，请勿用手触摸。2.不要使锥型弹簧的负载超过规定值(由实验室给出)，以免弹簧变形损坏。【实验数据】表11-1 测量弹簧劲度