液體表面張力系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)報(bào)告材料

1、液體表面張力系數(shù)的測量【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、掌握用砝碼對硅壓阻式力敏傳感器定標(biāo)的方法， 并計(jì)算該傳感 器的靈敏度2、 了解拉脫法測液體表面張力系數(shù)測定儀的結(jié)構(gòu)、 測量原理和使 用方法，并用它測量純水表面張力系數(shù)。3、 觀察拉脫法測量液體表面張力系數(shù)的物理過程和物理現(xiàn)象，并 用物理學(xué)概念和定律進(jìn)行分析研究，加深對物理規(guī)律的認(rèn)識4、掌握讀數(shù)顯微鏡的結(jié)構(gòu)、原理及使用方法，學(xué)會用毛細(xì)管測定 液體的表面張力系數(shù)。5、利用現(xiàn)有的儀器，綜合應(yīng)用物理知識，自行設(shè)計(jì)新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。 【實(shí)驗(yàn)原理】一、拉脫法測量液體的表面張力系數(shù)把金屬片彎成如圖1（a）所示的圓環(huán)狀，并將該圓環(huán)吊掛在靈 敏的測力計(jì)上，如圖1（ b）所示，然

2、后把它浸到待測液體中。當(dāng)緩 緩提起測力計(jì)（或降低盛液體的器皿）時(shí)，金屬圓環(huán)就會拉出一層 與液體相連的液膜，由于表面張力的作用，測力計(jì)的讀數(shù)逐漸達(dá)到 一個(gè)最大值F （當(dāng)超過此值時(shí)，液膜即破裂），則F應(yīng)是金屬圓環(huán)重力mg與液膜拉引金屬圓環(huán)的表面張力之和。由于液膜有兩個(gè)表面，若每個(gè)表面的力為f =a LF = mg+岔 L（L為圓形液膜的周長），則有（2）所以sF - mg =2 L(3)圖 1國1圓形液膜的周長L與金屬圓環(huán)的平均周長L,相當(dāng)，若圓環(huán)的內(nèi)、外直 徑分別為Di,D2。則圓形液膜的周長LL二p （D什D 2）/2（4）s = F-mg將（4/式代入（3）式得 p （D - d）（5）硅壓

3、阻式力敏傳感器由彈性梁和貼在梁上的傳感器芯片組成，其中芯片由四個(gè)硅擴(kuò)散電阻集成一個(gè)非平衡電橋。當(dāng)外界壓力作用 于金屬梁時(shí)，在壓力作用下，電橋失去平衡，此時(shí)將有電壓信號輸出，輸出電壓大小與所加外力成正比。即 du = kdf（6/式中，AF為外力的大小；K為硅壓阻式力敏傳感器的靈敏度，單位為V/N ; AU為傳感器輸出電壓的大小。二、毛細(xì)管升高法測液體的表面張力系數(shù)1 一只兩端開口的均勻細(xì)管（稱為毛細(xì)管）插入液體，當(dāng)液體與該管潤濕且接觸角小于90 °時(shí)，液體會在管內(nèi)上升一定高度。而 當(dāng)接觸角大于90。時(shí)，液體在管內(nèi)就會下降。這種現(xiàn)象被稱為毛細(xì) 現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)研究玻璃毛細(xì)管插入水中的情形。

4、 如圖2所示，f為 表面張力，其方向沿著凹球面的切線方向，大小為f=Qrs ,其中r為毛細(xì)管的內(nèi)孔半徑。設(shè)為接觸角（與液體和管壁材料的性質(zhì)有 面的部關(guān)），凹球面的半徑為R，由圖2可知co$ =-R，由表面張 力產(chǎn)生的、垂直向上提高液面的力為fcoS ，若忽略h上分液體的重 量，則這個(gè)力與毛細(xì)管中高為h的液柱重量平衡，即R(7)所以(8)rr gh R gh s 2cosj2式p中為液體的密度，g為重力加速度。如果玻璃管壁和水都非常清凈，則j =0,R=r，而（8 ）而式變?yōu)閞r gh2在推導(dǎo)公式（9）時(shí)，忽略了毛細(xì)管中凹球面下端與上端之間液體的重量，為了得到更精確的計(jì)算公式，必須考慮這部分液體

5、的重量。該部分液體的體積約等于半徑為r、高也為r的圓柱體體積和半徑為r的球體積的一半之差，即Pr3-2Pr3=1p r3，故忽略的液體重量為3p rF g。當(dāng)考慮這部分液體重量后，可得=沖+d(10)由上式可知，只要測出毛細(xì)管的內(nèi)徑 d和上升的液柱高h(yuǎn) , 就可算出表面張力系數(shù)°。【實(shí)驗(yàn)儀器】1、表面張力系數(shù)測定儀，如圖 3所示，包括硅擴(kuò)散電阻非平衡電 橋的電源和測電橋失去平衡時(shí)輸出電壓大小的數(shù)字電壓表、鐵架 臺、微調(diào)升降臺、裝有力敏傳感器的固定桿、盛液體的玻璃器皿 一套、鋁合金圓形吊環(huán)一個(gè)、0.500g 砝碼七只（定標(biāo)用），其 它儀器包括鑷子（取砝碼、砝碼盤和掛吊環(huán)用），待測液體水

6、，燒 杯，溫度計(jì)等。2、讀數(shù)顯微鏡，玻璃毛細(xì)管。力做檸辭13 3卜dlSST.l液値表面系盤張力測芒悅【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】一、：拉脫法測水表面張力系數(shù)1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（1 ）連線后接通主機(jī)電源，開機(jī)預(yù)熱。（2）調(diào)節(jié)鐵架臺上的三個(gè)水平調(diào)節(jié)螺絲，使鐵架臺水平。（3）清洗玻璃器皿（4）預(yù)熱15分鐘后，可對力敏傳感器定標(biāo)。2、硅壓阻力敏傳感器定標(biāo)（1 ）將砝碼盤掛在力敏傳感器的掛鉤上。（2）將數(shù)字電壓表調(diào)零。（3 ）依次加入0.500g的砝碼，待穩(wěn)定后記下電壓表讀數(shù)。注 意放砝碼時(shí)應(yīng)盡量輕。每次增加 0.500g砝碼，待穩(wěn)定后 記下電壓表讀數(shù) Ui （i =1 , 2，8 ）。3、水表面張力系數(shù)的測量（1）將砝碼

7、盤取下來換上吊環(huán)，使吊環(huán)平面成水平狀態(tài)。（2）在玻璃器皿內(nèi)放入被測液體并安放在升降臺上。（3）在測定液體表面張力系數(shù)過程中，可觀察到液體產(chǎn)生的浮 力與張力的情況與現(xiàn)象，以順時(shí)針轉(zhuǎn)動升降臺大螺帽時(shí)液體液面 上升，當(dāng)?shù)醐h(huán)下沿部分均浸入液體中時(shí)， 改為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動該螺帽， 這時(shí)液面往下降 （或者說相對吊環(huán)往上提拉 ），觀察環(huán)浸入液體中 及從液體中拉起時(shí)的物理過程和現(xiàn)象。特別應(yīng)注意吊環(huán)即將拉斷 液膜前一瞬間數(shù)字電壓表讀數(shù)值為 U1 ，拉斷時(shí)瞬間數(shù)字電壓表讀 數(shù)為U2。記下這兩個(gè)數(shù)值，這時(shí)DU =Ui-U2.重復(fù)測量6次。二、毛細(xì)管升高法測表面張力系數(shù)1、將燒杯裝入適量純水后放在支架上，將洗凈烘干的毛細(xì)管

8、插入液 體中，使之鉛直，可見到液體將沿毛細(xì)管上升到一定高度。2、調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡焦距，使看清被測毛細(xì)管，在上下慢慢移動顯微鏡， 使望遠(yuǎn)鏡中十字叉絲的水平線與毛細(xì)管中液體凹面的下沿相切， 記下該讀數(shù)，然后移動顯微鏡使十字叉絲的水平線與玻璃器皿中 液體凹面的下沿相切， 再記下該讀數(shù)， 兩讀數(shù)之差即為液柱高 h 重復(fù)測量 5 次，將所得數(shù)據(jù)記入表格中。3、將毛細(xì)管取出平放在木盒上，對準(zhǔn)顯微鏡筒調(diào)節(jié)焦距，直至觀察 到清晰的毛細(xì)管圓孔圖像，測出內(nèi)徑 d ，轉(zhuǎn)動毛細(xì)管，放在不同 的方位測五次，將所得數(shù)據(jù)記入表格中?！緮?shù)據(jù)處理】1、 硅壓阻力敏傳感器定標(biāo)表1力敏傳感器定標(biāo)次數(shù)砝碼重（g）傳感器增重讀數(shù)（mv）傳感器減重讀數(shù)（mv）平均（mv ）1020.50031.00041.50052.00062.50073.00083.500用最小二乘法擬合得得儀器的靈敏度 K,并求得線性相關(guān)系數(shù)r2、純水液體表面張力系數(shù)的測量表2純水的表面張力系數(shù)測量（水的溫度 T = 25 C ）次數(shù)U1 (mv)U2 (mv)J (mv)f (N)123456根據(jù)公式計(jì)算在室溫下純水的表面張力系數(shù)a。然后與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，求出相