大學物理實驗表面張力系數

1、大學物理實驗報告題目：液體表面張力系數的測定專業(yè)班次:姓名:日期:2014-10-14一、實驗名稱液體表面張力系數的測定二、實驗任務(1) 用砝碼對硅壓阻力敏傳感器進行®標，計算該傳感器的靈敏度，學習傳感器的定標 方法。(2) 觀察拉脫法測液體表面張力的物理過積和物理現象，丼川物理孕基本概念和定律進 行分析和研究，加深對物理規(guī)律的汄識。(3) 測量室溫下水的表面張力系數。三、實驗儀器液體表面張力系數測定儀、垂直調節(jié)臺、硅壓阻力敏傳感器、鋁合金吊環(huán)、吊盤、砝碼、 玻璃皿、鑷子和游標卡尺。實驗原理1. 硅壓阻力敏傳感器的靈敏度當傳感器的力臂發(fā)生形變吋，硅力敏傳感芯片就會把這一形變轉變成電

2、壓值，奮數字電 壓表顯示出來。在彈性范圍lal，力臂的形變與迚鉤所受的力成正比，而硅力敏傳感芯片的輸 出電壓與力臂的形變成正比；也就是說傳感器的輸ili電壓與掛鉤上所受的力成正比，k比值 稱為傳感器的靈敏度，即au = b*af2. 實驗的基本構思與原理在實驗屮，將一個金屬圓環(huán)同定在傳感器上，該環(huán)浸沒于液體屮，當把圓環(huán)漸漸從液體 中拉起吋，金屬圓環(huán)會受到液體表面膜的拉力作川。表面膜拉力的人小為，二 al =+ d2 )a式屮di、d2分別為岡環(huán)外徑和內徑，ex為液體表面張力系數。在液面拉脫的瞬間，這 個表而膜的拉力消失。因此，金屬圓環(huán)拉脫瞬間前后傳感器受到的拉力差為f = (z), + d2

3、)a (1)并以數字式電壓表輸出顯示為f = (u-u2)/b(2)式中u1為吊環(huán)即將拉斷液體柱前一瞬間數字電壓表讀數值，u2為拉斷時瞬間數字電 壓表讀數，b為力敏傳感器的靈敏度。由(1) (2)，我們可以得到液體的表面張力系數為6z = (u,-l/2 )/b(d, +d2)(3)因此，只耍測量出(u1-u2) , b，d1和d2,就能得到液體的表面張力系數a。五、實驗操作步驟1. 力敏傳感器的定標毎個力敏傳感器的靈敏度都有所不同，在實驗前，應先將其定標，步驟如下：(1) 打開儀器的電源開關，將儀器預熱。(2) 在傳感器梁端頭小鉤屮，掛上砝碼盤，調節(jié)電子組合儀上的補償電壓旋鈕，使數字 電壓表

4、顯示為零。在砝碼盤上分別加0.5g、l.og、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g等質量的砝碼，記錄相應這 些砝碼力f作用下，數字電壓表的讀數位u。2. 環(huán)的測量與清潔(1) 用游標卡尺單次測量金屬圓環(huán)的外徑d1和內徑d2。(2) 環(huán)的表面狀況與測量結果有很大的關系。實驗前應將金屬環(huán)狀吊片在naoh溶液中 浸泡20-30秒，然后用凈水洗凈。3. 測置液體的表而張力系數 將金屬環(huán)狀吊片桂在傳感器的小鈎上，調節(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。如果不平行，將金屈環(huán)狀吊片取下后，調節(jié)吊片上的 細絲，使吊什與待測液側平行。 調節(jié)界器k的升降臺，使其漸漸上升，將環(huán)

5、片的k沿部分全部沒沒于待測液面，然后 反向調節(jié)升降臺，使液而逐漸卜降。這吋，金屬環(huán)片和液而間形成一環(huán)形液膜，繼續(xù)卜降液 而，測出環(huán)形液膜即將拉斷前一瞬間數字電壓表讀數值u1和液膜拉斷盾一瞬間數字電ik表 讀數值u2。重復測量6次。將實驗數字代入公式(3)，求出液體表面張力系數，并與標準值進行比較。六、實驗數據表格及處理力敏傳感器定標物體質景m/g0.5001.0001.5002.0002.5003.0003.500輸出電壓u/mv水的表血張力系數測景測県次數dl/mmd2/mmul/mvu2/mv u/mv，/10 -3 tva/（10;n/"，）123456用最小二乘法測定靈敏度1

6、0 20o o o o o o o 8 g 4 27白/ss趣力敏件感器定標物體質量m/g0.5001.0001.5002.0002.5003.0003.500物體重力g/1o'3n4.99.814.719.624.529.434.3輸fli電壓u/mv12.627.941.353.866.480.293.87=2. 7?0ry+n. 3rb73040物體重力/i(t-3n由圖表可以得到傳感器的乂敏度為b=2.7208v/n三二&1 + &2 +的+ 04 + &5 + 06二69 02><10切/77,通過查詢資料知道純凈水在 627°c

7、和25°c時的張力系數分別為71.8xl(t3n/m和72.0xl0'3 n/m。七、實驗結論本實驗在常溫k進行，采用了拉脫法測量水的表面張力系數，山于實驗使用的是自來水， 參雜了一些表而活性物質，使得水的表而張力系數變小，與資料數據有一定岀入，故排除實 驗操作的絕對誤差，在相對誤差允許的范嘲內，木實驗測定了水的表而張力系數 a=69.02xl(t3n/m。八、實驗誤差分析 定鉍吋，巾于砝碼盤的晃動使得傳感器受到人于砝碼盤(含砝碼)重力的力，導致 定標吋測得的靈敏度變大，最終使液體表面張力系數測呈結果變小。 如果吊環(huán)不水平，則會導致吊環(huán)在上7i的時候，水膜不是同時破裂，實際作

8、用在吊 環(huán)的作用力只有吊環(huán)周長的一部分，這會異致最后測得的結果偏小。 在觀察水膜破裂前后電壓變化的時候，如果吊環(huán)上升過快，傳感器尚未顯示出最大 電壓值時水膜己破裂，這樣也會造成最終測量結果偏小。 實驗使用的不是純凈水而是自來水，故實驗木身已不具備高精確性。九、實驗思考題1. 測量前為什么要對整機進行預熱？答：儀器元件通電工作吋會隨著吋間的延松而產生溫度變化，在實驗過程中，溫度的變化所產生的技術參數變化的誤差越小越好，而電子元件在通電工作一段時間£；,它的各項參數就基本可以穩(wěn)定了，這時進行電子測量是最精確的。所以，精密的電子測景儀器都需耍通電預熱時間的。2. 耍得到準確的測量結果，實驗

9、屮的哪幾個步驟最為關鍵？你為做好這幾 步驟的測量采取了什么措施？措施是否奏效？你認為是為什么？答：a.力敏傳感器定標之前應先調零，待電壓表輸出穩(wěn)定后再讀數。b. 砝碼應輕拿輕放，避免砝碼盤晃動，這樣傳感器受到的力方會等于砝 碼重力。c. 實驗儀器應先預熱，這樣會減小儀器元件溫度變化帶來的誤差。d. 吊環(huán)必須保持水平，緩慢旋轉升降臺，避免水晃動。這樣會使得整個 水膜一次性脫離吊環(huán)，得到水膜的最大張力。我在實驗屮通過反復調整吊環(huán) 水平姿勢并觀察其脫離水膜的過程，直到水膜和吊環(huán)一次性脫離。e. 傳感器電壓示數從最大值開始減小時，應減慢升降臺的卜降速度，仔 細觀察水膜脫離那一瞬間的電壓差，并記錄下來。3. 如果金屬圓環(huán)不清潔、水不夠純凈，將會測量帶來什么影響？所測a值 偏大還是偏小，為什么？答：水不夠純凈或參雜了雜質，都會使得測量結果偏大或偏小。若參雜 了表面活性物質或者表面張力系數更小的液體，則會使得水膜的張力變小， 測的結果自然也變