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1、方法三:拉脫法(力敏傳感器)實驗的目的1了解液體表面性質(zhì)2學(xué)習(xí)采用液體表面張力系數(shù)測定儀的使用方法3學(xué)習(xí)用拉脫法測表面張力系數(shù)的原理和方法實驗原理1. 拉脫法測量一個已知周長的金屬圓環(huán)或金屬片從待測液體表面脫離時所需的拉力,從而求得該液體表面張力系數(shù)的方法稱為拉脫法。所需的拉力是由液體表面張力、環(huán)的內(nèi)外徑及液體材質(zhì)、純度等因素決定。2. 吊環(huán)法和吊片法比較(1)吊環(huán)法:使用金屬細線制成吊環(huán)時,在液膜被拉破的瞬間接觸角不接近于零,此時所測得的力是表面張力向下的分量,因而所得表面張力系數(shù)誤差較大,必須用修正公式對測量結(jié)果進行修正。(2)吊片法:雖然液膜被拉破的瞬間接觸角趨近于零,但在具體測量時,由
2、于吊片在拉脫過程中容易發(fā)生傾斜,實驗時吊片的長度上限為34cm,而在測量力時,則希望力大 一點,有利于提高測量精確度。 (3)片狀吊環(huán):新設(shè)計有一定厚度的片狀吊環(huán)。經(jīng)過對不同直徑吊環(huán)的多次試驗,發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)醐h(huán)直徑等于或略大于時,在液膜被拉破的瞬間液體與金屬環(huán)之間的接觸角接 近于零,此時接觸面總周長約為20cm左右。在保持接觸角為零時,能得到一個 較大的待測力。3. 實驗原理使用片狀吊環(huán),在液膜拉破前瞬間,考慮一級近似,認為液體的表面張力為:f = f1+ f2 = (D1+D2)這里為表面張力系數(shù),D1、D2分別為吊環(huán)的外徑和內(nèi)徑。片狀吊環(huán)在液膜拉破前瞬間有:此時傳感器受到的拉力F1和輸出電壓U1
3、成正比,有:U1 = BF1片狀吊環(huán)在液膜拉破后瞬間有:F2 = mg同樣有U2 = BF2片狀吊環(huán)在液膜拉破前后電壓的變化值可表示為:U1U2 = U= B· F = B(F1F2)= B(D1+D2)由上式可以得到液體的表面張力系數(shù)為:這里U1:液膜拉斷前瞬間電壓表的讀數(shù),U2:膜拉斷后瞬間電壓表的讀數(shù)實驗內(nèi)容(用拉脫法測量水的表面張力):1力敏傳感器進行定標(biāo),用最小二乘法作直線擬合,求出傳感器靈敏度B。 圖2液膜的收縮2游標(biāo)卡尺測量金屬圓環(huán)的內(nèi)、外直徑。 3金屬環(huán)狀吊片掛在傳感器的小鉤上,調(diào)節(jié)升降臺,將液體升至靠近環(huán)片的下沿,觀察環(huán)狀吊片下沿與待測液面是否平行,將金屬環(huán)狀吊片取
4、下后,調(diào)節(jié)吊片上的細絲,使吊片與待測液面平行。(注意 :吊環(huán)中心、玻璃皿中心最好與轉(zhuǎn)軸重合。) 4調(diào)節(jié)容器下的升降臺,使其漸漸上升,將環(huán)片的下沿部分全部浸沒于待測液體。然后反向調(diào)節(jié)升降臺,使液面逐漸下降。這時,金屬環(huán)片和液面間形成一環(huán)形液膜,出現(xiàn)“浸潤”現(xiàn)象,繼續(xù)下降液面,測出環(huán)形液膜即將拉斷前一瞬間數(shù)字電壓表讀數(shù)值 U1和液膜拉斷后一瞬間數(shù)字電壓表讀數(shù)值U2。(注意 :液膜斷裂應(yīng)發(fā)生在轉(zhuǎn)動的過程中,而不是開始轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)動結(jié)束時,因為此時振動較厲害,應(yīng)多次重復(fù)測量。)實驗儀器液體表面張力測定裝置、砝碼盤和砝碼、圓環(huán)型吊片、卡尺、溫度計圖1液體表面張力測定裝置實驗步驟:1.開機預(yù)熱(15分鐘)2.
5、將水盛入玻璃器皿內(nèi)(1cm左右),用雙面膠與升降臺面貼緊固定。3.將砝碼盤掛在力敏傳感器的鉤上4.對力敏傳感器定標(biāo),在加砝碼前首先對儀器調(diào)零5.測吊環(huán)內(nèi)外直徑,掛上吊環(huán),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(dāng)環(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。特別應(yīng)注意吊環(huán)即將拉斷液柱前一瞬間數(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。數(shù)據(jù)記錄示例:1.力敏傳感器定標(biāo)物理質(zhì)量m/g輸出電壓V/mv大連地區(qū)重力加速度g= 9.8001 m/S22純水的表面張力系數(shù)測量(水的溫度)測量次數(shù)U1/mVU2/mVU/mV×10-3N/m實驗報告要求1 闡明本實驗的目的。2 簡要敘述本實驗的基本原理。3 實驗所用儀器裝置的介紹。4 記錄實驗中出現(xiàn)的各種實驗現(xiàn)象,對其進行分析討論。5 記錄實驗數(shù)據(jù),并對結(jié)果分析討論。6 得出本實驗的總結(jié)、收獲和體會,提出對教學(xué)工作的意見和建議。注意:所盛放液體的深度約1cm時,實驗結(jié)果較為理想。思考題1 什么是表面張力?什么是
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