用拉脱法测定液体的表面张力系数实验

1、精品文档1欢立下载实验二、用拉脱法测定液体的表面张力系数液体表层厚度约100m内的分子所处的条件与液体内部不同，液体内部每一分子被周围其它分子所包围，分子所受的作用力合力为零。由于液体表面上方接触的气体分子，其密度远小于液体分子密度，因此液面每一分子受到向外的引力比向内的引力要小得多，也就是说所受的合力不为零，力的方向是垂直与液面并指向液体内部，该力使液体表面收缩，直至达到动态平衡。因此，在宏观上，液体具有尽量缩小其表面积的趋势，液体表面好象一张拉紧了的橡皮膜。这种沿着液体表面的、收缩表面的力称为表面张力。表面张力能说明液体的许多现象，例如润湿现象、毛细管现象及泡沫的形成等。在工业生产和科学研

2、究中常常要涉及到液体特有的性质和现象。比如化工生产中液体的传输过程、药物制备过程及生物工程研究领域中关于动、植物体内液体的运动与平衡等问题。因此，了解液体表面性质和现象，掌握测定液体表面张力系数的方法是具有重要实际意义的。测定液体表面张力系数的方法通常有：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。本实验仅介绍拉脱法。拉脱法是一种直接测定法。【实验目的】1 .了解FB737新型焦利氏秤实验仪的基本结构，掌握用标准祛码对测量仪进行定标的方法；2 .观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象，并用物理学基本概念和定律进行分析和研究，加深对物理规律的认识。3 .掌握用拉脱法测定纯水的表面张力系数及用逐差法

3、处理数据。【实验原理】1.测量公式推导：当逐渐拉提门形铝片框时，中角逐渐变小而接近为零，这时所拉出的液膜前后两个表面的表面张力f均垂直向下。设拉起液膜将破裂时的拉力为F,则有F=(m+m0)*g+2f(1)式中：m为粘附在框上的液膜质量，m0为线框质量。因表面张力的大小与接触面周界长度成正比，则有：2f=2u,(L+d)(2)比例系数口称表面张力系数，单位为N/m。由图1液体的表面张力不意图(1),(2)式得：(3)F(mm0)*g2(Ld)由于门形铝片框很薄，被拉起的水膜很薄，m较小，可以将其忽略，且一般有L»d,那么L+d之L,于是(3)式可以简化为(4).F-m0叩'3

4、2L2 .用FB737新型焦利氏秤实验仪来测量FB737新型焦利氏秤实验仪相当 于一个精密的弹簧称，常用于测量微小 的力，根据胡克定理制作而成。如果测出门形铝片框浸入液体时 弹簧下端位置的读数 Si ,然后测出门形 铝片框被缓缓提起，在液膜被拉脱瞬间 弹簧下端位置的读数S2,则有：F _m0 .g =K .-S1）F-mog值:漆专丁三WE 芸芸玄疗图2门型金属框测定表面张力示意图这样,K g - Si)2L(5)实验只需测出弹簧倔强系数K, Si, S2以及门形铝片框的宽度 L,便可由（5）式求得所测液体的表面张力系数。【实验仪器】FB737新型焦利氏秤实验仪、水槽及平台升降调节装置等仪器功

5、能分布简介L弹簧挂钩锁定螺钉：2弹簧.3：游标先置细调滚花螺母；4.带配重块的指针，吊钩二5浦基准线平面镜.6.硅用托盘与硅小；巡9.可升降平台；10.平台升降调节爨钎;11整箸桂钩12：仪器立杆皆毫米刻度尺；13铅铸钱，14：带平面错（刻线）游标装置；15 .游标粗调移动滑杆；16 .仪器底盘水平调节螺钉；17游标建置粗调锁定螺钉（在背面）；图1用拉脱法测定液体的表面张力系数的示意图【实验内容及步骤】1.FB737新型焦利氏秤实验仪的定标：（1）按图3安装好实验仪器并利用铅锤线调节仪器底座为水平状态；（2）在主尺顶部安装1#弹簧，再依次挂入带配重块的指针吊钩、祛码托盘，松开顶端挂钩锁紧螺钉，

6、旋转顶端弹簧挂钩，使小指针正好轻轻靠在平面镜上（注意：力度要适当，若靠得太紧，可能会因摩擦太大带来附加的系统误差），以便准确读数。（3）调整小游标的高度使小游标平面镜的基准刻线大致对准指针，锁紧固定小游标的锁紧螺钉，然后调整视差，先让指针与镜子中的虚像重合，再细心调节小游标上的调节螺母，精品文档使得小游标平面镜上的基准刻线、指针以及指针在镜子中的虚像三线重合。通过主尺和游标尺读出读数(读数原理和方法与游标卡尺相同)。(4)然后在祛码托盘中放入0.500g祛码，再重复实验步骤(3),读出此时指针所在的位置值。逐个放入7个0.500g祛码，通过主尺和游标尺依次读出每个祛码放入后小指针的位置，再依次

7、把这7个祛码取下托盘，记下对应的位置值。(5)根据每次放入或取下祛码时弹簧所受的重力和对应的拉伸值，用逐差法计算弹簧的倔强系数K。2.用拉脱法测定液体的表面张力系数：(1)先将门形铝片用镣子夹住用碱溶液清洗，以除去油污，再用清水洗去碱溶液。然后将其挂于祛码盘下的小钩上。(2)调节游标位置，在“三线对齐”条件下，记录初读数Si。(3)在水槽中加满水(或其它液体)，调节平台升降旋钮，将门形铝片浸入液体中，先把滚花螺母调节到靠近游标滑块的位置，以便水槽平台下降时，可以调节滚花螺母使游标滑块下降，满足调节“三线对齐”的要求。(4)缓慢地调节平台升降旋钮，使水槽缓慢地下降，门形铝片框逐渐被拉起(相对液体

8、平面而言)，同时调节滚花螺母，使游标滑块指针跟踪下降，始终保持“三线对齐”。(5)直到门形金属框与液面拉脱(直到水膜破裂为止)，立即停止操作，记下S2。(6)重复以上步骤进行多次测量，记下每次读数S1和S2,分析S2i-S1i的离散性，取相近的5组数据作为测量结果。(7)用游标尺或米尺测量门形铝片框宽度L,重复5次，测量时要防止金属框变形。【数据与结果】1 .对实验仪进行定标，将测试数据记入表3,用逐差法求弹簧的倔强系数K;2 .用拉脱法测量液体表面张力，记录弹簧的伸长量5So(1)数据记录参考表1 .用逐差法求仪器弹簧的屈强系数K(N/m)：数据记录表格先记录祛码盘等作为初读数x0=10，m

9、m,然后每次增加一个祛码m=500.00父10"kg,(该标准祛码符合国家标准，相对误差为0.005%)表格3祛码质里(10"kg)增重读数x；(10”m)减重读数x：(10“m)Xi+Xixi=(10m)2等间距逐差：(10“m)氏=xi七-xi0.00网=x4x。500.001000.00限2=x5-x11500.00200Q006X3=X6-X2250Q003000.006x4=X7-X33500.001634=_(&1+&2+6x3+6x4)&为每500.00m10*kg对应的测定仪的10，m读4数，则k=g_*m=(N/m)X2 .用拉脱法

10、测定Si,S2,计算液体的表面张力系数:表格4水温(室温)七仪=0.5x10J3m测量值次数j_S1S2伸长量6S=S2-S112345(2)数据处理方法:-1、SS1$-655于是：c.S=S_：.、§3 .多次测量门形框的宽度：i=i_.“4 .计算a及不确定度：_K、$Ct=laJIKJUS；Il)最后，把结果表示为：5 .对实验结果作出分析和评判：查出室温下水的表面张力系数u的理论值，以此值作为近似真值，求测量结果的误差并与Act比较。【思考题】1 .什么叫表面张力？表面张力系数与哪些因素有关？2 .在推导测量公式3时，作了哪些近似？式中各量的物理意义是什么？3 .拉脱法的物理本质是什么？4 .若考虑拉起液膜的重