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)部每一分子被周圍其它分子所包圍，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)研究中常常要涉及到液體特有的

2、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。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?了解 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；2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)。3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)?！緦?shí)驗(yàn)原理】1測(cè)量公式推導(dǎo)： 當(dāng)逐漸

3、拉提冂形鋁片框時(shí)，角逐漸變小而接近為零，這時(shí)所拉出的液膜前后兩個(gè)表面的表面張力均垂直向下。設(shè)拉起液膜將破裂時(shí)的拉力為，則有 （1） 式中：為粘附在框上的液膜質(zhì)量，為線框質(zhì)量。因表面張力的大小與接觸面周界長(zhǎng)度成正比，則有： （2）比例系數(shù)稱表面張力系數(shù)，單位為。 由（1），（2）式得： （3） 由于冂形鋁片框很薄，被拉起的水膜很薄，較小，可以將其忽略，且一般有，那么，于是（3）式可以簡(jiǎn)化為 ： （4） 2用新型焦利氏秤實(shí)驗(yàn)儀來(lái)測(cè)量值：新型焦利氏秤實(shí)驗(yàn)儀相當(dāng)于一個(gè)精密的彈簧稱，常用于測(cè)量微小的力，根據(jù)胡克定理制作而成。 如果測(cè)出冂形鋁片框浸入液體時(shí)彈簧下端位置的讀數(shù)，然后測(cè)出冂形鋁片框被緩緩提起，

4、在液膜被拉脫瞬間彈簧下端位置的讀數(shù)，則有： 這樣， （5）實(shí)驗(yàn)只需測(cè)出彈簧倔強(qiáng)系數(shù)以及冂形鋁片框的寬度，便可由（5）式求得所測(cè)液體的表面張力系數(shù)。【實(shí)驗(yàn)儀器】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【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟】 1. 新型焦利氏秤實(shí)驗(yàn)儀的定標(biāo)：（1）按圖安裝好實(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）在主尺頂部安裝彈簧，再依次掛入帶配重塊的指針吊鉤、砝碼托盤，松開頂端掛鉤鎖緊螺釘，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

5、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）然后在砝碼托盤中放入砝碼，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)放入個(gè)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，再依次把這個(gè)砝碼取下托盤，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)。 2用拉脫法測(cè)定液體的表面張力系數(shù)：（1）先將冂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

6、液。然后將其掛于砝碼盤下的小鉤上。（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) 。（3）在水槽中加滿水（或其它液體），調(diào)節(jié)平臺(tái)升降旋鈕，將冂形鋁片浸入液體中，先把滾花螺母調(diào)節(jié)到靠近游標(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 。（6）重復(fù)以上步驟進(jìn)行多次測(cè)量，記下每次讀數(shù) 和，分析的離散性，取相近的組數(shù)據(jù)作為測(cè)量結(jié)

7、果。（7）用游標(biāo)尺或米尺測(cè)量冂形鋁片框?qū)挾?，重?fù)次，測(cè)量時(shí)要防止金屬框變形?！緮?shù)據(jù)與結(jié)果】 1對(duì)實(shí)驗(yàn)儀進(jìn)行定標(biāo)，將測(cè)試數(shù)據(jù)記入表，用逐差法求彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)； 2用拉脫法測(cè)量液體表面張力，記錄彈簧的伸長(zhǎng)量。 （1）數(shù)據(jù)記錄參考表1用逐差法求儀器彈簧的屈強(qiáng)系數(shù)：數(shù)據(jù)記錄表格先記錄砝碼盤等作為初讀數(shù)，然后每次增加一個(gè)砝碼，（該標(biāo)準(zhǔn)砝碼符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)誤差為）表格3砝碼質(zhì)量增重讀數(shù)減重讀數(shù)等間距逐差: 對(duì)應(yīng)的測(cè)定儀的讀數(shù),則2用拉脫法測(cè)定，計(jì)算液體的表面張力系數(shù)：表格4 水溫（室溫） 測(cè)量值次數(shù)伸長(zhǎng)量12345 （2）數(shù)據(jù)處理方法： 于是： 3多次測(cè)量冂形框的寬度： 4計(jì)算及不確定度： 最后，把結(jié)果表示為： 5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)的理論值，以此值作為近似真值，求測(cè)量結(jié)果的誤差并與比較?！舅伎碱}】1 什么叫表面張力? 表面張力系數(shù)與哪些因素有關(guān)?2 在推導(dǎo)測(cè)量公式時(shí),作了哪些近似?式中各量的