用拉脫法測定液體的表面張力系數(shù)實驗

1、.實驗二、用拉脫法測定液體的表面張力系數(shù)液體表層厚度約內(nèi)的分子所處的條件與液體內(nèi)部不同，液體內(nèi)部每一分子被周圍其它分子所包圍，分子所受的作用力合力為零。由于液體表面上方接觸的氣體分子，其密度遠小于液體分子密度，因此液面每一分子受到向外的引力比向內(nèi)的引力要小得多，也就是說所受的合力不為零，力的方向是垂直與液面并指向液體內(nèi)部，該力使液體表面收縮，直至達到動態(tài)平衡。因此，在宏觀上，液體具有盡量縮小其表面積的趨勢，液體表面好象一張拉緊了的橡皮膜。這種沿著液體表面的、收縮表面的力稱為表面張力。表面張力能說明液體的許多現(xiàn)象，例如潤濕現(xiàn)象、毛細管現(xiàn)象及泡沫的形成等。在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中常常要涉及到液體特有

2、的性質(zhì)和現(xiàn)象。比如化工生產(chǎn)中液體的傳輸過程、藥物制備過程及生物工程研究領(lǐng)域中關(guān)于動、植物體內(nèi)液體的運動與平衡等問題。因此，了解液體表面性質(zhì)和現(xiàn)象，掌握測定液體表面張力系數(shù)的方法是具有重要實際意義的。測定液體表面張力系數(shù)的方法通常有：拉脫法、毛細管升高法和液滴測重法等。本實驗僅介紹拉脫法。拉脫法是一種直接測定法。【實驗?zāi)康摹?了解 新型焦利氏秤實驗儀的基本結(jié)構(gòu)，掌握用標準砝碼對測量儀進行定標的方法；2觀察拉脫法測液體表面張力的物理過程和物理現(xiàn)象,并用物理學(xué)基本概念和定律進行分析和研究,加深對物理規(guī)律的認識。3掌握用拉脫法測定純水的表面張力系數(shù)及用逐差法處理數(shù)據(jù)?！緦嶒炘怼?測量公式推導(dǎo)： 當逐

3、漸拉提冂形鋁片框時，角逐漸變小而接近為零，這時所拉出的液膜前后兩個表面的表面張力均垂直向下。設(shè)拉起液膜將破裂時的拉力為，則有 （1） 式中：為粘附在框上的液膜質(zhì)量，為線框質(zhì)量。因表面張力的大小與接觸面周界長度成正比，則有： （2）比例系數(shù)稱表面張力系數(shù)，單位為。 由（1），（2）式得： （3） 由于冂形鋁片框很薄，被拉起的水膜很薄，較小，可以將其忽略，且一般有，那么，于是（3）式可以簡化為 ： （4） 2用新型焦利氏秤實驗儀來測量值：新型焦利氏秤實驗儀相當于一個精密的彈簧稱，常用于測量微小的力，根據(jù)胡克定理制作而成。 如果測出冂形鋁片框浸入液體時彈簧下端位置的讀數(shù)，然后測出冂形鋁片框被緩緩提起

4、，在液膜被拉脫瞬間彈簧下端位置的讀數(shù)，則有： 這樣， （5）實驗只需測出彈簧倔強系數(shù)以及冂形鋁片框的寬度，便可由（5）式求得所測液體的表面張力系數(shù)?！緦嶒瀮x器】新型焦利氏秤實驗儀、水槽及平臺升降調(diào)節(jié)裝置等【實驗內(nèi)容及步驟】 1. 新型焦利氏秤實驗儀的定標：（1）按圖安裝好實驗儀器并利用鉛錘線調(diào)節(jié)儀器底座為水平狀態(tài)；（2）在主尺頂部安裝彈簧，再依次掛入帶配重塊的指針吊鉤、砝碼托盤，松開頂端掛鉤鎖緊螺釘，旋轉(zhuǎn)頂端彈簧掛鉤，使小指針正好輕輕靠在平面鏡上（注意：力度要適當，若靠得太緊，可能會因摩擦太大帶來附加的系統(tǒng)誤差），以便準確讀數(shù)。（3）調(diào)整小游標的高度使小游標平面鏡的基準刻線大致對準指針，鎖緊固

5、定小游標的鎖緊螺釘，然后調(diào)整視差，先讓指針與鏡子中的虛像重合，再細心調(diào)節(jié)小游標上的調(diào)節(jié)螺母，使得小游標平面鏡上的基準刻線、指針以及指針在鏡子中的虛像三線重合。通過主尺和游標尺讀出讀數(shù)（讀數(shù)原理和方法與游標卡尺相同）。（4）然后在砝碼托盤中放入砝碼，再重復(fù)實驗步驟（3），讀出此時指針所在的位置值。逐個放入個砝碼，通過主尺和游標尺依次讀出每個砝碼放入后小指針的位置，再依次把這個砝碼取下托盤，記下對應(yīng)的位置值。（5）根據(jù)每次放入或取下砝碼時彈簧所受的重力和對應(yīng)的拉伸值，用逐差法計算彈簧的倔強系數(shù)。 2用拉脫法測定液體的表面張力系數(shù)：（1）先將冂形鋁片用鑷子夾住用堿溶液清洗，以除去油污，再用清水洗去堿

6、溶液。然后將其掛于砝碼盤下的小鉤上。（2）調(diào)節(jié)游標位置，在“三線對齊”條件下，記錄初讀數(shù) 。（3）在水槽中加滿水（或其它液體），調(diào)節(jié)平臺升降旋鈕，將冂形鋁片浸入液體中，先把滾花螺母調(diào)節(jié)到靠近游標滑塊的位置，以便水槽平臺下降時，可以調(diào)節(jié)滾花螺母使游標滑塊下降，滿足調(diào)節(jié)“三線對齊”的要求。（4）緩慢地調(diào)節(jié)平臺升降旋鈕，使水槽緩慢地下降，門形鋁片框逐漸被拉起（相對液體平面而言），同時調(diào)節(jié)滾花螺母，使游標滑塊指針跟蹤下降，始終保持“三線對齊”。（5）直到門形金屬框與液面拉脫（直到水膜破裂為止），立即停止操作，記下 。（6）重復(fù)以上步驟進行多次測量，記下每次讀數(shù) 和，分析的離散性，取相近的組數(shù)據(jù)作為測量

7、結(jié)果。（7）用游標尺或米尺測量冂形鋁片框?qū)挾?，重?fù)次，測量時要防止金屬框變形。【數(shù)據(jù)與結(jié)果】 1對實驗儀進行定標，將測試數(shù)據(jù)記入表，用逐差法求彈簧的倔強系數(shù)； 2用拉脫法測量液體表面張力，記錄彈簧的伸長量。 （1）數(shù)據(jù)記錄參考表1用逐差法求儀器彈簧的屈強系數(shù)：數(shù)據(jù)記錄表格先記錄砝碼盤等作為初讀數(shù)，然后每次增加一個砝碼，（該標準砝碼符合國家標準，相對誤差為）表格3砝碼質(zhì)量增重讀數(shù)減重讀數(shù)等間距逐差: 對應(yīng)的測定儀的讀數(shù),則2用拉脫法測定，計算液體的表面張力系數(shù)：表格4 水溫（室溫） 測量值次數(shù)伸長量12345 （2）數(shù)據(jù)處理方法： 于是： 3多次測量冂形框的寬度： 4計算及不確定度： 最后，把結(jié)果表示為： 5對實驗結(jié)果作出分析和評判：查出室溫下水的表面張力系數(shù)的理論值，以此值作為近似真值，求測量結(jié)果的誤差并與比較?！舅伎碱}】1 什么叫表面張力? 表面張力系數(shù)與哪些因素有關(guān)?2 在推導(dǎo)測量公式時,作了哪些近似?式中各量的物