液体表面张力系数的测定

拉脱法测定液体的表面张力系数实验目的实验原理实验内容注意事项思考题仪器简介1.学习焦利秤测量微小力的原理和方法。2.了解液体表面的性质，测定液体的表面张力系数。【实验目的】焦利秤实际上是一种用于测微小力的精细弹簧秤。结构如右图，金属管B垂直竖立在三角底座上，带有毫米标尺的圆柱A套在金属套管内。在金属管B的上端固定有副尺H，圆柱A顶端伸出的支臂上挂一锥形弹簧S。转动旋钮G可使圆柱A上下移动，因而也就调节了弹簧S的升降。弹簧上升或下降的距离由主尺（圆柱A）和副尺H来确定。【仪器简介】D为固定在金属支架上一侧刻有半圆形刻线S2的玻璃圆筒，C为挂在弹簧S下端的两头带钩的小平面镜，镜面上有一刻线S1。实验时，使S1、S2及S2在小平面镜中的象S2´三者始终重合，简称“三线对齐”。用这种方法可保证弹簧下端的位置是固定的，加负载后向上拉动弹簧确定伸长值。根据伸长值和弹簧倔强系数确定外力大小。E为平台，转动其下端的螺钉F时平台E可升降。【实验原理】钢针、硬币等物能漂在洁净的水表面，清晨小草叶上的露水通常收缩成小球形状。这些现象提示，液体表面（液气交界面）好比一层紧绷的薄膜，有自然收缩趋势，从而导致表面张力现象。用分子论观点看，液体表面层(约10-8cm)分子所处的环境跟液体内部的分子不同。在液体内部，分子比较密集，且受周围分子的作用力的矢量和为零．而处于液体表面层的分子，一方面有被吸引入液体内部的趋势，另一方面因为处于一边是液态（水）一边是气态（空气）的环境，表面层内分子比较稀疏而微观相互吸引，宏观上就呈现出表面张力现象。1.表面张力在液体与固体接触处，若固体和液体分子间的吸引力大于液体分子间的吸引力，液体就会沿固体表面扩张，形成薄膜附着在固体上，这就是浸润；反之，若固体和液体分子间的吸引力小于液体分子间的吸引力，液体就不会沿固体表面扩张，不附着在固体上，这种现象称为不浸润。2.浸润与不浸润现象3.表面张力系数想象在液面上划一条直线，表面张力就表现为直线两旁的液膜以一定的拉力相互作用。拉力f存在于表面层，方向恒与直线垂直，大小与直线的长度L成正比，即f＝αL式中α称为表面张力系数，它等于沿液面作用在分界线单位长度上的表面张力,其单位为N·m-1。它的大小与液体的成分、纯度、浓度以及温度有关。如图所示：将一表面洁净的∏型细金属丝框浸入被测液体内，然后缓缓拉起金属丝框，可看到金属丝带起一层液膜，与此同时弹簧被拉长。液膜拉起过程中接触角θ逐渐减小而趋向于零，当薄膜刚好破裂时，表面张力的方向垂直向下。设Π形框长为l、直径为d，脱离液体前各力平衡的条件为Fmgf式中F是将Π形框拉出液面所施外力；mg为Π形框和它所沾附的液体的总重量。由于表面张力与接触面的周长2(l+d)成正比，故有2()fld式中比例系数为表面张力系数。在液膜破裂瞬间弹簧所受的力，(3)(2)所以(1)要测，只要测出k、l、d、ΔL即可。)dl(Lk2f=F-mg=kΔL)dl(mgF2(4)1.测量弹簧的倔强系数k：①挂好弹簧、小镜子及砝码盘，调节“三线对齐”。记录游标零线所指示的主尺上的读数。②依次在砝码盘中加入1.0g的砝码，共5个，每次“三线对齐”，记下标尺上相应读数(加6g的读数仅供参考)，然后再逐次取出1.0g的砝码，记下标尺上相应的读数。求出相同拉力下读数的平均值。【实验内容】数据记录表1测定弹簧劲度系数k序号砝码重量（g）增重Si(×10-3kg)减重Si’(×10-3kg)平均(×10-3kg)△S＝Sī+3-Sī(×10-3m)10.0021.0032.0043.0054.00.65.00k=f/S2.测量ΔL把∏型框挂在平面镜下端的挂钩上。烧杯盛适当的水，放在平台上。调节∏型框缓慢下降，使∏型框的横边恰好处于液面位置，“三线对齐”，记下标尺读数s0。然后一只手慢慢调节平台下的螺丝使烧杯慢慢下降，另一只手慢慢调节手轮，弹簧被拉长，在这一过程中要求保持“三线对齐”，直至水膜恰好破裂为止。记下标尺上的刻度si，ΔL=si¯s0，反复测量五次。【实验内容】数据记录表2测定液体表面张力系数金属丝框宽度L=；实验温度t=液体次数金属丝框未浸入液体时焦利氏秤读数S0/m金属丝框刚好脱离液面时焦利氏秤读数Si/m差值S-S0/m表面张力系数=kS/2L/N·m-1表面张力系数平均值/N·m-1水123453.测量l:把∏型框取下，用游标卡尺测量其长度，反复测五次。4.测量d:把∏型框取下，用螺旋测微器测量其细丝直径，反复测五次。【实验内容】5、数据处理(1)逐差法计算、¯，并计算;(2)逐差法计算,并计算;(3)计算、，并计算、；(4)计算及，并将结果表示成SkldLkuLuuluduuN12345678910xix1x2x3x4x5x6x7x8x9x10)(91)]()()()[(91110910342312xxxxxxxxxxx使用条件：等间隔、线性变化的测量数据。优点是：充分利用各个测量数据，减小测量误差和扩大测量范围。例如:声速的测定实验中，用行波法测量声波波长的以下一列数据：逐差法简介如果直接计算每一个波峰的距离，然后平均，有：可以看出只有始末两次测量值起了作用，等效于只测x1和x10。为了充分利用测量数据，减小测量误差，应采用逐差法：（1）将测量列按次序分为高低两组;（2）取对应项的差值后再求平均：其中为5个峰值间的距离，即:521,,,xxx1076,,,xxx)]()[(51)]()()()[(5154321109876510382716xxxxxxxxxxxxxxxxxxxx5x1.测量表面张力时，动作要慢，还要防止仪器受振动。2.实验时要注意保护弹簧使其不受折损，不要随意拉长或挂重物，要轻拿轻放，切忌用力拉。3.∏型金属丝框和烧杯中的水必须保持洁净，不要用手触摸烧杯内侧和∏型金属丝，也不要用手触及水面。【注意事项】1.什么是“三线对齐”？本实验中测量表面张力时缓慢地将∏型金属丝框从水中拉起，该过程中需要时刻保证“三线对齐”，应如何操作？2.实验中要求把∏型金属丝框拉到欲脱离水膜而又恰未脱离的极限状态，这是为什么？3.若实验过程中∏型金属丝框不是水平拉出水面，而是出现一端高一端低的倾斜现象，对实验结果有无影响？应如何避免？4.试用作图法得出焦利弹簧秤的劲度系数，将结果与逐差法的结果进行比较。【思考题】