大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)表面張力系數(shù)

1、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告題目：液體表面張力系數(shù)的測(cè)定專業(yè)班次:姓名:日期:2014-10-14一、實(shí)驗(yàn)名稱液體表面張力系數(shù)的測(cè)定二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)(1) 用砝碼對(duì)硅壓阻力敏傳感器進(jìn)行®標(biāo)，計(jì)算該傳感器的靈敏度，學(xué)習(xí)傳感器的定標(biāo) 方法。(2) 觀察拉脫法測(cè)液體表面張力的物理過積和物理現(xiàn)象，丼川物理孕基本概念和定律進(jìn) 行分析和研究，加深對(duì)物理規(guī)律的汄識(shí)。(3) 測(cè)量室溫下水的表面張力系數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)儀器液體表面張力系數(shù)測(cè)定儀、垂直調(diào)節(jié)臺(tái)、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(biāo)卡尺。實(shí)驗(yàn)原理1. 硅壓阻力敏傳感器的靈敏度當(dāng)傳感器的力臂發(fā)生形變吋，硅力敏傳感芯片就會(huì)把這一形變轉(zhuǎn)變成電

2、壓值，奮數(shù)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(shí)驗(yàn)的基本構(gòu)思與原理在實(shí)驗(yàn)屮，將一個(gè)金屬圓環(huán)同定在傳感器上，該環(huán)浸沒于液體屮，當(dāng)把圓環(huán)漸漸從液體 中拉起吋，金屬圓環(huán)會(huì)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(nèi)徑，ex為液體表面張力系數(shù)。在液面拉脫的瞬間，這 個(gè)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(shù)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(shù)字電壓表讀數(shù)值，u2為拉斷時(shí)瞬間數(shù)字電 壓表讀數(shù)，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(shù)為6z = (u,-l/2 )/b(d, +d2)(3)因此，只耍測(cè)量出(u1-u2) , b，d1和d2,就能得到液體的表面張力系數(shù)a。五、實(shí)驗(yàn)操作步驟1. 力敏傳感器的定標(biāo)毎個(gè)力敏傳感器的靈敏度都有所不同，在實(shí)驗(yàn)前，應(yīng)先將其定標(biāo)，步驟如下：(1) 打開儀器的電源開關(guān)，將儀器預(yù)熱。(2) 在傳感器梁端頭小鉤屮，掛上砝碼盤，調(diào)節(jié)電子組合儀上的補(bǔ)償電壓旋鈕，使數(shù)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(zhì)量的砝碼，記錄相應(yīng)這 些砝碼力f作用下，數(shù)字電壓表的讀數(shù)位u。2. 環(huán)的測(cè)量與清潔(1) 用游標(biāo)卡尺單次測(cè)量金屬圓環(huán)的外徑d1和內(nèi)徑d2。(2) 環(huán)的表面狀況與測(cè)量結(jié)果有很大的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)前應(yīng)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(cè)置液體的表而張力系數(shù) 將金屬環(huán)狀吊片桂在傳感器的小鈎上，調(diào)節(jié)升降臺(tái)，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(cè)液面是否平行。如果不平行，將金屈環(huán)狀吊片取下后，調(diào)節(jié)吊片上的 細(xì)絲，使吊什與待測(cè)液側(cè)平行。 調(diào)節(jié)界器k的升降臺(tái)，使其漸漸上升，將環(huán)

5、片的k沿部分全部沒沒于待測(cè)液面，然后 反向調(diào)節(jié)升降臺(tái)，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(cè)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和液膜拉斷盾一瞬間數(shù)字電ik表 讀數(shù)值u2。重復(fù)測(cè)量6次。將實(shí)驗(yàn)數(shù)字代入公式(3)，求出液體表面張力系數(shù)，并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格及處理力敏傳感器定標(biāo)物體質(zhì)景m/g0.5001.0001.5002.0002.5003.0003.500輸出電壓u/mv水的表血張力系數(shù)測(cè)景測(cè)県次數(shù)dl/mmd2/mmul/mvu2/mv u/mv，/10 -3 tva/（10;n/"，）123456用最小二乘法測(cè)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(biāo)物體質(zhì)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(shí)的張力系數(shù)分別為71.8xl(t3n/m和72.0xl0'3 n/m。七、實(shí)驗(yàn)結(jié)論本實(shí)驗(yàn)在常溫k進(jìn)行，采用了拉脫法測(cè)量水的表面張力系數(shù)，山于實(shí)驗(yàn)使用的是自來水， 參雜了一些表而活性物質(zhì)，使得水的表而張力系數(shù)變小，與資料數(shù)據(jù)有一定岀入，故排除實(shí) 驗(yàn)操作的絕對(duì)誤差，在相對(duì)誤差允許的范嘲內(nèi)，木實(shí)驗(yàn)測(cè)定了水的表而張力系數(shù) a=69.02xl(t3n/m。八、實(shí)驗(yàn)誤差分析 定鉍吋，巾于砝碼盤的晃動(dòng)使得傳感器受到人于砝碼盤(含砝碼)重力的力，導(dǎo)致 定標(biāo)吋測(cè)得的靈敏度變大，最終使液體表面張力系數(shù)測(cè)呈結(jié)果變小。 如果吊環(huán)不水平，則會(huì)導(dǎo)致吊環(huán)在上7i的時(shí)候，水膜不是同時(shí)破裂，實(shí)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(huì)異致最后測(cè)得的結(jié)果偏小。 在觀察水膜破裂前后電壓變化的時(shí)候，如果吊環(huán)上升過快，傳感器尚未顯示出最大 電壓值時(shí)水膜己破裂，這樣也會(huì)造成最終測(cè)量結(jié)果偏小。 實(shí)驗(yàn)使用的不是純凈水而是自來水，故實(shí)驗(yàn)?zāi)旧硪巡痪邆涓呔_性。九、實(shí)驗(yàn)思考題1. 測(cè)量前為什么要對(duì)整機(jī)進(jìn)行預(yù)熱？答：儀器元件通電工作吋會(huì)隨著吋間的延松而產(chǎn)生溫度變化，在實(shí)驗(yàn)過程中，溫度的變化所產(chǎn)生的技術(shù)參數(shù)變化的誤差越小越好，而電子元件在通電工作一段時(shí)間£；,它的各項(xiàng)參數(shù)就基本可以穩(wěn)定了，這時(shí)進(jìn)行電子測(cè)量是最精確的。所以，精密的電子測(cè)景儀器都需耍通電預(yù)熱時(shí)間的。2. 耍得到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，實(shí)驗(yàn)

9、屮的哪幾個(gè)步驟最為關(guān)鍵？你為做好這幾 步驟的測(cè)量采取了什么措施？措施是否奏效？你認(rèn)為是為什么？答：a.力敏傳感器定標(biāo)之前應(yīng)先調(diào)零，待電壓表輸出穩(wěn)定后再讀數(shù)。b. 砝碼應(yīng)輕拿輕放，避免砝碼盤晃動(dòng)，這樣傳感器受到的力方會(huì)等于砝 碼重力。c. 實(shí)驗(yàn)儀器應(yīng)先預(yù)熱，這樣會(huì)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(zhuǎn)升降臺(tái)，避免水晃動(dòng)。這樣會(huì)使得整個(gè) 水膜一次性脫離吊環(huán)，得到水膜的最大張力。我在實(shí)驗(yàn)屮通過反復(fù)調(diào)整吊環(huán) 水平姿勢(shì)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(shù)從最大值開始減小時(shí)，應(yīng)減慢升降臺(tái)的卜降速度，仔 細(xì)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(huì)測(cè)量帶來什么影響？所測(cè)a值 偏大還是偏小，為什么？答：水不夠純凈或參雜了雜質(zhì)，都會(huì)使得測(cè)量結(jié)果偏大或偏小。若參雜 了表面活性物質(zhì)或者表面張力系數(shù)更小的液體，則會(huì)使得水膜的張力變小， 測(cè)的結(jié)果自然也變