液體表面張力系數(shù)測定實驗報告

1、液體表面張力系數(shù)的測量【實驗目的】1、 掌握用砝碼對硅壓阻式力敏傳感器定標的方法，并計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，并用物理學概念和定律進行分析研究，加深對物理規(guī)律的認識4、 掌握讀數(shù)顯微鏡的結(jié)構(gòu)、原理及使用方法，學會用毛細管測定液體的表面張力系數(shù)。 5、 利用現(xiàn)有的儀器，綜合應用物理知識，自行設計新的實驗內(nèi)容。【實驗原理】 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上，如圖 1（b）所示，然后

2、把它浸到待測液體中。當緩緩提起測力計（或降低盛液體的器皿）時，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，測力計的讀數(shù)逐漸達到一個最大值 f（當超過此值時，液膜即破裂），則 f 應是金屬圓環(huán)重力 mg 與液膜拉引金屬圓環(huán)的表面張力之和。由于液膜有兩個表面，若每個表面的力為 （為圓形液膜的周長），則有 （2）所以 （3）圓形液膜的周長l與金屬圓環(huán)的平均周長相當，若圓環(huán)的內(nèi)、外直徑分別為。則圓形液膜的周長 ll=（d1+d2）/2 （4） 將（4）式代入（3）式得 （5）硅壓阻式力敏傳感器由彈性梁和貼在梁上的傳感器芯片組成，其中芯片由四個硅擴散電阻集成一個非平衡電橋。當外界壓力作用于

3、金屬梁時，在壓力作用下，電橋失去平衡，此時將有電壓信號輸出，輸出電壓大小與所加外力成正比。即 （6）式中，f 為外力的大??；k 為硅壓阻式力敏傳感器的靈敏度，單位為 v/n；u 為傳感器輸出電壓的大小。二、毛細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管（稱為毛細管）插入液體，當液體與該管潤濕且接觸角小于90時，液體會在管內(nèi)上升一定高度。而當接觸角大于 90時，液體在管內(nèi)就會下降。這種現(xiàn)象被稱為毛細現(xiàn)象。 本實驗研究玻璃毛細管插入水中的情形。如圖 2 所示，為表面張力，其方向沿著凹球面的切線方向，大小為 ，其中 為毛細管的內(nèi)孔半徑。設為接觸角（與液體和管壁材料的性質(zhì)有面的部關），凹球面

4、的半徑為 ，由圖 2 可知，由表面張力產(chǎn)生的、垂直向上提高液面的力為，若忽略上分液體的重量，則這個力與毛細管中高為的液柱重量平衡，即 （7）所以 （8）式中為液體的密度，為重力加速度。如果玻璃管壁和水都非常清凈，則，而（8）而式變?yōu)?（9）在推導公式（9）時，忽略了毛細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算公式，必須考慮這部分液體的重量。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，故忽略的液體重量為。當考慮這部分液體重量后，可得 （10）由上式可知，只要測出毛細管的內(nèi)徑 d 和上升的液柱高 h，就可算出表面張力系數(shù)。【實驗儀器

5、】1、表面張力系數(shù)測定儀，如圖 3 所示，包括硅擴散電阻非平衡電橋的電源和測電橋失去平衡時輸出電壓大小的數(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、0.500g 砝碼七只（定標用），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，燒杯，溫度計等。 2、讀數(shù)顯微鏡，玻璃毛細管?！緦嶒瀮?nèi)容】 一、：拉脫法測水表面張力系數(shù) 1、實驗準備 （1）連線后接通主機電源，開機預熱。 （2）調(diào)節(jié)鐵架臺上的三個水平調(diào)節(jié)螺絲，使鐵架臺水平。 （3）清洗玻璃器皿 （4）預熱 15 分鐘后，可對力敏傳感器定標。 2、硅壓阻力敏傳感器定標 （1）將砝碼盤掛

6、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)。注意放砝碼時應盡量輕。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，以順時針轉(zhuǎn)動升降臺大螺帽時液體液面上升，當?shù)醐h(huán)下沿部分均浸入液體中時，改為逆時針轉(zhuǎn)動該螺帽，這時液面往下降(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的物理過程和現(xiàn)象

7、。特別應注意吊環(huán)即將拉斷液膜前一瞬間數(shù)字電壓表讀數(shù)值為u1，拉斷時瞬間數(shù)字電壓表讀數(shù)為u2。記下這兩個數(shù)值，這時.重復測量 6 次。 二、毛細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，將洗凈烘干的毛細管插入液體中，使之鉛直，可見到液體將沿毛細管上升到一定高度。 2、調(diào)節(jié)望遠鏡焦距，使看清被測毛細管，在上下慢慢移動顯微鏡，使望遠鏡中十字叉絲的水平線與毛細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。重復測量 5 次，將所得數(shù)據(jù)記入表格中。 3、將毛細管取出平放在木盒上，對準顯微鏡筒調(diào)節(jié)

8、焦距，直至觀察到清晰的毛細管圓孔圖像，測出內(nèi)徑 d，轉(zhuǎn)動毛細管，放在不同的方位測五次，將所得數(shù)據(jù)記入表格中。 【數(shù)據(jù)處理】1、 硅壓阻力敏傳感器定標表1 力敏傳感器定標次數(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，并求得線性相關系數(shù)r。2、 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)次數(shù)u1 （mv）u2（mv）u（mv）f (n)1 2 3456根據(jù)公式計算在室溫下純水的表面張力系數(shù)。然后與標準值相比較，求出相對不確定度并寫出結(jié)