用拉脫法測(cè)定液體的表面張力系數(shù)實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)二、用拉脫法測(cè)定液體的表面張力系數(shù)液體表層厚度約10-wm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?chē)渌肿铀鼑?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(yuǎn)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(shuō)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(dá)到動(dòng)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(shì)，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(shuō)明液體的許多現(xiàn)象，例 如潤(rùn)濕現(xiàn)象、毛細(xì)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

2、常要涉及到液體特有的性質(zhì)和現(xiàn)象。比如 化工生產(chǎn)中液體的傳輸過(guò)程、藥物制備過(guò)程及生物工程研究領(lǐng)域中關(guān)于動(dòng)、植物體內(nèi)液體的運(yùn)動(dòng)與平衡等問(wèn)題。 因此，了解液體表面性質(zhì)和現(xiàn)象，掌握測(cè)定液體表面張力系數(shù)的方法是具有重要實(shí)際意義的。測(cè)定液體表面張力 系數(shù)的方法通常有：拉脫法、毛細(xì)管升高法和液滴測(cè)重法等。本實(shí)驗(yàn)僅介紹拉脫法。拉脫法是一種直接測(cè)定法?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹苛私釬B737新型焦利氏秤實(shí)驗(yàn)儀的基本結(jié)構(gòu)，掌握用標(biāo)準(zhǔn)砝碼對(duì)測(cè)量?jī)x進(jìn)行定標(biāo)的方法；觀察拉脫法測(cè)液體表面張力的物理過(guò)程和物理現(xiàn)象，并用物理學(xué)基本概念和定律進(jìn)行分析和研究，加深對(duì)物理 規(guī)律的認(rèn)識(shí)。掌握用拉脫法測(cè)定純水的表面張力系數(shù)及用逐差法處理數(shù)據(jù)。【實(shí)驗(yàn)

3、原理】1.測(cè)量公式推導(dǎo)：當(dāng)逐漸拉提口形鋁片框時(shí)，中角逐漸變小而 的液膜前后兩個(gè)表面的表面張力f均垂直向下。 的拉力為F，則有F = (m + m) 1.測(cè)量公式推導(dǎo)：當(dāng)逐漸拉提口形鋁片框時(shí)，中角逐漸變小而 的液膜前后兩個(gè)表面的表面張力f均垂直向下。 的拉力為F，則有F = (m + m) g + 2f(1)式中：m為粘附在框上的液膜質(zhì)量，mo為線框 小與接觸面周界長(zhǎng)度成正比，則有：2f = 2a (L + d)(2)比例系數(shù)a稱表面張力系數(shù)，單位為N/m。由接近為零，這時(shí)所拉出 設(shè)拉起液膜將破裂時(shí)質(zhì)量。因表面張力的大(1)，(2)式得:F - (m + m ) g a =02(L + d)圖1

4、薇體的表面張力示意圖(3)由于口形鋁片框很薄，被拉起的水膜很薄，m較小，可以將其忽略，且一般有L d，那么L + d W L，于是(3)式可以簡(jiǎn)化為：a = F - mo g2L(4)2.用FB737新型焦利氏秤實(shí)驗(yàn)儀來(lái)測(cè)量F - m0 g值:FB737新型焦利氏秤實(shí)驗(yàn)儀相當(dāng)常用于測(cè)量微小的力，根據(jù)胡克定理制-如果測(cè)出口形鋁片框浸入液體時(shí)S1，然后測(cè)出口形鋁片框被緩緩提起， 簧下端位置的讀數(shù)S，則有：2F - m . g = K (S2 - S1)于一個(gè)精密的彈簧稱， 作而成。彈簧下端位置的讀數(shù)在液膜被拉脫瞬間彈圖門(mén)型金屬框測(cè)定表面張力示意圖這樣，_ Ke(S-S)這樣，偵2l實(shí)驗(yàn)只需測(cè)出彈簧

5、倔強(qiáng)系數(shù)K, SS2以及口形鋁片框的寬度L，便可由（5）式求得所測(cè)液體的表面張力系數(shù)?！緦?shí)驗(yàn)儀器】FB737新型焦利氏秤實(shí)驗(yàn)儀、水槽及平臺(tái)升降調(diào)節(jié)裝置等儀器其能分布簡(jiǎn)分1 一彈簧掛鉤鎖定爆釘； 土彈簧;3一游標(biāo)何置細(xì)調(diào)浪侏鰥母：I 土帶配重塊的指釧、吊鑰；5 一帶基準(zhǔn)線平面鏡.6.祛碼托盤(pán)與碓仍:7-鋁片：&水情；9.可升降平白；10.臺(tái)升降調(diào)節(jié)螺釘；1L彈簧掛鉤；儀器立殲與亳米刻度尺；13鉛錘線；14一帶平面鏡（刻線）游標(biāo)裝置；15.游標(biāo)粗調(diào)移動(dòng)滑和；16一供器底盤(pán)水平調(diào)節(jié)鰥釘；1，游標(biāo)位置粗調(diào)鎖定螺釘在背面）：圖3用拉脫法測(cè)定液體的表面張力系數(shù)的示意圖【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟】1. FB737新型

6、焦利氏秤實(shí)驗(yàn)儀的定標(biāo)：（1）按圖3安裝好實(shí)驗(yàn)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1#彈簧，再依次掛入帶配重塊的指針吊鉤、砝碼托盤(pán)，松開(kāi)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(dāng)，若靠得太緊，可能會(huì)因摩擦太大帶來(lái)附加的系 統(tǒng)誤差），以便準(zhǔn)確讀數(shù)。（3）調(diào)整小游標(biāo)的高度使小游標(biāo)平面鏡的基準(zhǔn)刻線大致對(duì)準(zhǔn)指針，鎖緊固定小游標(biāo)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(xì)心調(diào)節(jié)小游標(biāo)上的調(diào)節(jié)螺母，使得小游標(biāo)平面鏡上的基準(zhǔn)刻線、指針以及 指針在鏡子中的虛像三線重合。通過(guò)主尺和游標(biāo)尺讀出讀數(shù)（讀數(shù)原理和方法與游標(biāo)卡尺相同）。（4

7、）然后在砝碼托盤(pán)中放入0.500g砝碼，再重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟（3），讀出此時(shí)指針?biāo)诘奈恢弥?。逐個(gè)放入7個(gè)0.500g砝碼，通過(guò)主尺和游標(biāo)尺依次讀出每個(gè)砝碼放入后小指針的位置，再依次把這7個(gè)砝碼取下托盤(pán)，記下 對(duì)應(yīng)的位置值。（5）根據(jù)每次放入或取下砝碼時(shí)彈簧所受的重力和對(duì)應(yīng)的拉伸值，用逐差法計(jì)算彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)K。用拉脫法測(cè)定液體的表面張力系數(shù)：（1）先將口形鋁片用鑷子夾住用堿溶液清洗，以除去油污，再用清水洗去堿溶液。然后將其掛于砝碼盤(pán)下的小 鉤上。（2）調(diào)節(jié)游標(biāo)位置，在“三線對(duì)齊”條件下，記錄初讀數(shù)S。（3）在水槽中加滿水（或其它液體）調(diào)節(jié)平臺(tái)升降旋鈕，將口形鋁片浸入液體中，先把滾花螺母調(diào)節(jié)到 靠近

8、游標(biāo)滑塊的位置，以便水槽平臺(tái)下降時(shí)，可以調(diào)節(jié)滾花螺母使游標(biāo)滑塊下降，滿足調(diào)節(jié)“三線對(duì)齊”的要 求。（4）緩慢地調(diào)節(jié)平臺(tái)升降旋鈕，使水槽緩慢地下降，門(mén)形鋁片框逐漸被拉起（相對(duì)液體平面而言）同時(shí)調(diào)節(jié) 滾花螺母，使游標(biāo)滑塊指針跟蹤下降，始終保持“三線對(duì)齊”。（5）直到門(mén)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S2。（6）重復(fù)以上步驟進(jìn)行多次測(cè)量，記下每次讀數(shù)S1和S2，分析S2i -S1|的離散性，取相近的5組數(shù)據(jù)作為 測(cè)量結(jié)果。（7）用游標(biāo)尺或米尺測(cè)量口形鋁片框?qū)挾萀，重復(fù)5次，測(cè)量時(shí)要防止金屬框變形?！緮?shù)據(jù)與結(jié)果】對(duì)實(shí)驗(yàn)儀進(jìn)行定標(biāo)，將測(cè)試數(shù)據(jù)記入表3，用逐差法求彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)K

9、 ；用拉脫法測(cè)量液體表面張力，記錄彈簧的伸長(zhǎng)量8S。（1）數(shù)據(jù)記錄參考表用逐差法求儀器彈簧的屈強(qiáng)系數(shù)K（N/m）:數(shù)據(jù)記錄表格先記錄砝碼盤(pán)等作為初讀數(shù)x0 =10-3mm，然后每次增加一個(gè)砝碼m = 500.00 x 10-6kg，（該標(biāo) 準(zhǔn)砝碼符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)誤差為0.005% ）表格3砝碼質(zhì)量 10 -6 kg )增重讀數(shù)x (10-3 m)i減重讀數(shù)x (10 -3 m)ix = xi + xi(0-3 m)i2等間距逐差：（0-3m）8x. = x. - x.0.008x = x - x500.001000.008x = x - x1500.002000.008x = x - x25

10、00.003000.008x = x - x3500.008x = -4(5x +8x +8x +8x )8x為每500.00 x 10-6 kg 對(duì) 應(yīng) 的 測(cè) 定儀的 10-3 m 讀數(shù)，則g g mIT(N/m)用拉脫法測(cè)定、廠S2,計(jì)算液體的表面張力系數(shù)：表格4 水溫（室溫）C儀=0.5 x 10-3 m測(cè)量值次數(shù)JSS2伸長(zhǎng)量8S = S - S211234(2)數(shù)據(jù)處理方法:8S (2)數(shù)據(jù)處理方法:8S = 5(5S1 +8S2 + +8S5)于是：多次測(cè)量口形框的寬度:計(jì)算以及不確定度：2 = S2 +A2SsSs儀5 s = Ss aS SK5S2lAaaAaa、2J2 .A )2+ | Ts5S J最后，把結(jié)果表示為：a = aAa對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出分析和評(píng)判：查出室溫下水的表面張力系數(shù)以的理論值，以此值作為近