液體表面張力系數(shù)測定試驗(yàn)報告

1、液體表面張力系數(shù)的測量【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、掌握用砝碼對硅壓阻式力敏傳感器定標(biāo)的方法， 并計算該傳感 器的靈敏度2、了解拉脫法測液體表面張力系數(shù)測定儀的結(jié)構(gòu)、 測量原理和使 用方法，并用它測量純水表面張力系數(shù)。3、觀察拉脫法測量液體表面張力系數(shù)的物理過程和物理現(xiàn)象，并 用物理學(xué)概念和定律進(jìn)行分析研究，加深對物理規(guī)律的認(rèn)識4、掌握讀數(shù)顯微鏡的結(jié)構(gòu)、原理及使用方法，學(xué)會用毛細(xì)管測定 液體的表面張力系數(shù)。5、利用現(xiàn)有的儀器，綜合應(yīng)用物理知識，自行設(shè)計新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。 【實(shí)驗(yàn)原理】一、拉脫法測量液體的表面張力系數(shù)把金屬片彎成如圖1（ a）所示的圓環(huán)狀，并將該圓環(huán)吊掛在靈 敏的測力計上，如圖1（ b）所示，然后

2、把它浸到待測液體中。當(dāng)緩 緩提起測力計（或降低盛液體的器皿）時，金屬圓環(huán)就會拉出一層 與液體相連的液膜，由于表面張力的作用，測力計的讀數(shù)逐漸達(dá)到 一個最大值F （當(dāng)超過此值時，液膜即破裂），則F應(yīng)是金屬圓環(huán) 重力mg與液膜拉引金屬圓環(huán)的表面張力之和。由于液膜有兩個表 面，若每個表面的力為f=aL （ L為圓形液膜的周長），則有F = mg+2S L（ 2）所以F - mg2L（3）圖1 S圖1(6)圓形液膜的周長L與金屬圓環(huán)的平均周長L，相當(dāng)，若圓環(huán)的內(nèi)、外直 徑分別為Di,D2。則圓形液膜的周長L L（D什D2）/2（4）s 二 F-mg將（4）式代入（3）式得s =p（D- D）（5/硅壓

3、阻式力敏傳感器由彈性梁和貼在梁上的傳感器芯片組成， 其中芯片由四個硅擴(kuò)散電阻集成一個非平衡電橋。當(dāng)外界壓力作用 于金屬梁時，在壓力作用下，電橋失去平衡，此時將有電壓信號輸 出，輸出電壓大小與所加外力成正比。即D U = kd F（ 6/式中， F為外力的大??；K為硅壓阻式力敏傳感器的靈敏度， 單位為V/N ; U為傳感器輸出電壓的大小。二、毛細(xì)管升高法測液體的表面張力系數(shù)1 一只兩端開口的均勻細(xì)管（稱為毛細(xì)管）插入液體，當(dāng)液體 與該管潤濕且接觸角小于90°時，液體會在管內(nèi)上升一定高度。而 當(dāng)接觸角大于90°時，液體在管內(nèi)就會下降。這種現(xiàn)象被稱為毛細(xì) 現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)研究玻璃毛細(xì)

4、管插入水中的情形。 如圖2所示，f為 表面張力，其方向沿著凹球面的切線方向，大小為f=Qrs ,其中r為毛細(xì)管的內(nèi)孔半徑。設(shè)為接觸角（與液體和管壁材料的性質(zhì)有 面的部關(guān)），凹球面的半徑為R，由圖2可知cos =-，由表面張R力產(chǎn)生的、垂直向上提高液面的力為fcoS ，若忽略h上分液體的重 量，則這個力與毛細(xì)管中高為h的液柱重量平衡，即所以2 s cop-驗(yàn)中r2r ghrr gh R gh s 2cosj2(7)(8)式p中為液體的密度，g為重力加速度。如果玻璃管壁和水都非常清凈，則j =0,R=r，而（8）而式變?yōu)?9)r =2在推導(dǎo)公式（9）時，忽略了毛細(xì)管中凹球面下端與上端之間液體的重量

5、，為了得到更精確的計算公式，必須考慮這部分液體的重 量。該部分液體的體積約等于半徑為 r、高也為r的圓柱體體積和3 2313半徑為r的球體積的一半之差，即pr -§pr二扌r，故忽略的液體重量為爭rF g。當(dāng)考慮這部分液體重量后，可得1s = rr g2 y+d琪3 4 桫6(10)由上式可知，只要測出毛細(xì)管的內(nèi)徑 d和上升的液柱高h(yuǎn),就 可算出表面張力系數(shù)（To【實(shí)驗(yàn)儀器】1、表面張力系數(shù)測定儀，如圖3所示，包括硅擴(kuò)散電阻非平衡電橋的電源和測電橋失去平衡時輸出電壓大小的數(shù)字電壓表、鐵架臺、微調(diào)升降臺、裝有力敏傳感器的固定桿、盛液體的玻璃器皿一套、 鋁合金圓形吊環(huán)一個、0.500g砝

6、碼七只（定標(biāo)用），其它儀器包 括鑷子（取砝碼、砝碼盤和掛吊環(huán)用），待測液體水，燒杯，溫度 計等。2、讀數(shù)顯微鏡，玻璃毛細(xì)管。:3回憲帚環(huán) x殲黑調(diào)節(jié)算魅彳亍 i"I液懺喪面張力豐如定恢）褊A鼻 會-卿廉座Ijfl節(jié)郵歧圖3 FD-NSU液體衣面系數(shù)祇力測定儀【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】一、：拉脫法測水表面張力系數(shù)1、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備（1）連線后接通主機(jī)電源，開機(jī)預(yù)熱。（2）調(diào)節(jié)鐵架臺上的三個水平調(diào)節(jié)螺絲，使鐵架臺水平。（3）清洗玻璃器皿（4）預(yù)熱15分鐘后，可對力敏傳感器定標(biāo)。2、硅壓阻力敏傳感器定標(biāo)（1）將砝碼盤掛在力敏傳感器的掛鉤上。（2）將數(shù)字電壓表調(diào)零。（3）依次加入0.500g的砝碼，待穩(wěn)定后記下

7、電壓表讀數(shù)。注意 放砝碼時應(yīng)盡量輕。每次增加0.500g砝碼，待穩(wěn)定后記下 電壓表讀數(shù)Ui （i =1 , 2,8）。3、水表面張力系數(shù)的測量（1）將砝碼盤取下來換上吊環(huán)，使吊環(huán)平面成水平狀態(tài)。（2）在玻璃器皿內(nèi)放入被測液體并安放在升降臺上。(3) 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)?shù)醐h(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 液膜前一瞬間數(shù)字電壓表讀數(shù)值為 U1，拉斷時瞬間數(shù)字電壓表讀

8、數(shù)為U2。記下這兩個數(shù)值，這時du =Ui-u2.重復(fù)測量6次。二、毛細(xì)管升高法測表面張力系數(shù)1、將燒杯裝入適量純水后放在支架上，將洗凈烘干的毛細(xì)管插入液 體中，使之鉛直，可見到液體將沿毛細(xì)管上升到一定高度。2、調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡焦距，使看清被測毛細(xì)管，在上下慢慢移動顯微鏡， 使望遠(yuǎn)鏡中十字叉絲的水平線與毛細(xì)管中液體凹面的下沿相切， 記下該讀數(shù)，然后移動顯微鏡使十字叉絲的水平線與玻璃器皿中液體凹面的下沿相切，再記下該讀數(shù)，兩讀數(shù)之差即為液柱高 h 重復(fù)測量5次，將所得數(shù)據(jù)記入表格中。3、將毛細(xì)管取出平放在木盒上，對準(zhǔn)顯微鏡筒調(diào)節(jié)焦距，直至觀察 至肺晰的毛細(xì)管圓孔圖像，測出內(nèi)徑 d,轉(zhuǎn)動毛細(xì)管，放在不同 的方位測五次，將所得數(shù)據(jù)記入表格中。【數(shù)據(jù)處理】1、硅壓阻力敏傳感器定標(biāo)表1力敏傳感器定標(biāo)次數(shù)砝碼重（g）傳感器增重讀數(shù)（mv）傳感器減重讀數(shù)（mv）平均（mv）1020.50031.00041.50052.00062.50073.00083.500用最小二乘法擬合得得儀器的靈敏度 K，并求得線性相關(guān)系數(shù)r2、純水液體表面張力系數(shù)的測量表2純水的表面張力系數(shù)測量 （水的溫度T = 25 C）次數(shù)U1 (mv)U2 (mv) U (mv)f (N)123456根據(jù)公式計算在室溫下純水的表面張力系數(shù) a。然后與標(biāo)準(zhǔn)值相比 較