液体表面张力系数测定实验报告材料

1、液体表面张力系数的测量【实验目的】1、掌握用砝码对硅压阻式力敏传感器定标的方法， 并计算该传感 器的灵敏度2、 了解拉脱法测液体表面张力系数测定仪的结构、 测量原理和使 用方法，并用它测量纯水表面张力系数。3、 观察拉脱法测量液体表面张力系数的物理过程和物理现象，并 用物理学概念和定律进行分析研究，加深对物理规律的认识4、掌握读数显微镜的结构、原理及使用方法，学会用毛细管测定 液体的表面张力系数。5、利用现有的仪器，综合应用物理知识，自行设计新的实验内容。 【实验原理】一、拉脱法测量液体的表面张力系数把金属片弯成如图1（a）所示的圆环状，并将该圆环吊挂在灵 敏的测力计上，如图1（ b）所示，然

2、后把它浸到待测液体中。当缓 缓提起测力计（或降低盛液体的器皿）时，金属圆环就会拉出一层 与液体相连的液膜，由于表面张力的作用，测力计的读数逐渐达到 一个最大值F （当超过此值时，液膜即破裂），则F应是金属圆环重力mg与液膜拉引金属圆环的表面张力之和。由于液膜有两个表面，若每个表面的力为f =a LF = mg+岔 L（L为圆形液膜的周长），则有（2）所以sF - mg =2 L(3)图 1国1圆形液膜的周长L与金属圆环的平均周长L,相当，若圆环的内、外直 径分别为Di,D2。则圆形液膜的周长LL二p （D什D 2）/2（4）s = F-mg将（4/式代入（3）式得 p （D - d）（5）硅压

3、阻式力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片由四个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥。当外界压力作用 于金属梁时，在压力作用下，电桥失去平衡，此时将有电压信号输出，输出电压大小与所加外力成正比。即 du = kdf（6/式中，AF为外力的大小；K为硅压阻式力敏传感器的灵敏度，单位为V/N ; AU为传感器输出电压的大小。二、毛细管升高法测液体的表面张力系数1 一只两端开口的均匀细管（称为毛细管）插入液体，当液体与该管润湿且接触角小于90 °时，液体会在管内上升一定高度。而 当接触角大于90。时，液体在管内就会下降。这种现象被称为毛细 现象。本实验研究玻璃毛细管插入水中的情形。

4、 如图2所示，f为 表面张力，其方向沿着凹球面的切线方向，大小为f=Qrs ,其中r为毛细管的内孔半径。设为接触角（与液体和管壁材料的性质有 面的部关），凹球面的半径为R，由图2可知co$ =-R，由表面张 力产生的、垂直向上提高液面的力为fcoS ，若忽略h上分液体的重 量，则这个力与毛细管中高为h的液柱重量平衡，即R(7)所以(8)rr gh R gh s 2cosj2式p中为液体的密度，g为重力加速度。如果玻璃管壁和水都非常清净，则j =0,R=r，而（8 ）而式变为rr gh2在推导公式（9）时，忽略了毛细管中凹球面下端与上端之间液体的重量，为了得到更精确的计算公式，必须考虑这部分液体

5、的重量。该部分液体的体积约等于半径为r、高也为r的圆柱体体积和半径为r的球体积的一半之差，即Pr3-2Pr3=1p r3，故忽略的液体重量为3p rF g。当考虑这部分液体重量后，可得=沖+d(10)由上式可知，只要测出毛细管的内径 d和上升的液柱高h , 就可算出表面张力系数°。【实验仪器】1、表面张力系数测定仪，如图 3所示，包括硅扩散电阻非平衡电 桥的电源和测电桥失去平衡时输出电压大小的数字电压表、铁架 台、微调升降台、装有力敏传感器的固定杆、盛液体的玻璃器皿 一套、铝合金圆形吊环一个、0.500g 砝码七只（定标用），其 它仪器包括镊子（取砝码、砝码盘和挂吊环用），待测液体水

6、，烧 杯，温度计等。2、读数显微镜，玻璃毛细管。力做柠辭13 3卜dlSST.l液値表面系盘张力测芒悦【实验内容】一、：拉脱法测水表面张力系数1、实验准备（1 ）连线后接通主机电源，开机预热。（2）调节铁架台上的三个水平调节螺丝，使铁架台水平。（3）清洗玻璃器皿（4）预热15分钟后，可对力敏传感器定标。2、硅压阻力敏传感器定标（1 ）将砝码盘挂在力敏传感器的挂钩上。（2）将数字电压表调零。（3 ）依次加入0.500g的砝码，待稳定后记下电压表读数。注 意放砝码时应尽量轻。每次增加 0.500g砝码，待稳定后 记下电压表读数 Ui （i =1 , 2，8 ）。3、水表面张力系数的测量（1）将砝码

7、盘取下来换上吊环，使吊环平面成水平状态。（2）在玻璃器皿内放入被测液体并安放在升降台上。（3）在测定液体表面张力系数过程中，可观察到液体产生的浮 力与张力的情况与现象，以顺时针转动升降台大螺帽时液体液面 上升，当吊环下沿部分均浸入液体中时， 改为逆时针转动该螺帽， 这时液面往下降 （或者说相对吊环往上提拉 ），观察环浸入液体中 及从液体中拉起时的物理过程和现象。特别应注意吊环即将拉断 液膜前一瞬间数字电压表读数值为 U1 ，拉断时瞬间数字电压表读 数为U2。记下这两个数值，这时DU =Ui-U2.重复测量6次。二、毛细管升高法测表面张力系数1、将烧杯装入适量纯水后放在支架上，将洗净烘干的毛细管

8、插入液 体中，使之铅直，可见到液体将沿毛细管上升到一定高度。2、调节望远镜焦距，使看清被测毛细管，在上下慢慢移动显微镜， 使望远镜中十字叉丝的水平线与毛细管中液体凹面的下沿相切， 记下该读数，然后移动显微镜使十字叉丝的水平线与玻璃器皿中 液体凹面的下沿相切， 再记下该读数， 两读数之差即为液柱高 h 重复测量 5 次，将所得数据记入表格中。3、将毛细管取出平放在木盒上，对准显微镜筒调节焦距，直至观察 到清晰的毛细管圆孔图像，测出内径 d ，转动毛细管，放在不同 的方位测五次，将所得数据记入表格中。【数据处理】1、 硅压阻力敏传感器定标表1力敏传感器定标次数砝码重（g）传感器增重读数（mv）传感器减重读数（mv）平均（mv ）1020.50031.00041.50052.00062.50073.00083.500用最小二乘法拟合得得仪器的灵敏度 K,并求得线性相关系数r2、纯水液体表面张力系数的测量表2纯水的表面张力系数测量（水的温度 T = 25 C ）次数U1 (mv)U2 (mv)J (mv)f (N)123456根据公式计算在室温下纯水的表面张力系数a。然后与标准值相比较，求出相