工作報(bào)告-大連理工大學(xué)大物實(shí)驗(yàn)水表面張力系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、大連理工大學(xué)大物實(shí)驗(yàn)水表面張力系數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告篇一：水表面張力系數(shù)的測(cè)定 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 大連理工大學(xué) 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告 院（系）材料學(xué)院專業(yè)材料物理班級(jí)0705 姓名童凌煒學(xué)號(hào)200767025實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào) 實(shí)驗(yàn)時(shí)間2008年12月03日，第15周，星期三第5-6節(jié) 實(shí)驗(yàn)名稱水表面張力系數(shù)的測(cè)定 教師評(píng)語(yǔ) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求： （1） 理解表面張力現(xiàn)象。 （2） 用拉脫法測(cè)定室溫下水的表面張力系數(shù)。 主要儀器設(shè)備： FD-NST-I型液體表面張力系數(shù)測(cè)定儀、砝碼、鑷子及其他相關(guān)玻璃器皿。 實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容： 分子間的引力和斥力同時(shí)存在，它們以及它們合力的大小隨著分子間的距離的變化關(guān)系如圖所示 對(duì)液體表面張

2、力的理解和解釋： 在液體和氣體接觸的表面有一個(gè)薄膜，叫做表面層，其宏觀上就好像是一張繃緊了的橡皮膜，存在沿著表面并使表面趨于收縮的應(yīng)力，這種力稱為表面張力。 計(jì)算張力時(shí)可以做如下的假設(shè)：想象在表面層上有一條長(zhǎng)度為L(zhǎng)的分界線，則界限兩端的表面張力方向垂直于界限，大小正比于L，即f=L（為液體表面張力系數(shù)）。 實(shí)驗(yàn)中，首先吊環(huán)是浸潤(rùn)在水中的，能夠受到表面張力的拉力作用。 測(cè)定儀的吊環(huán)緩慢離開水面，將拉起一層水膜，并受到向下的拉力f拉。由于忽略水膜的重力和浮力， 吊環(huán)一共受到三個(gè)力，即重力W、液面的拉力f拉、傳感器的彈力F F?f拉?W 試驗(yàn)中重力是常量，而與表面張力相關(guān)的拉力卻隨著水膜的拉伸而增大

3、。水膜被拉斷前瞬間的f拉，就是表面張力f。 圓環(huán)拉起水膜與空氣接觸有兩個(gè)表面層，若吊環(huán)的內(nèi)、外直徑分別為D1、D2,則界限長(zhǎng)度 L=D1+D2。根據(jù)界線思想定義的張力計(jì)算式得f=L，則有 F?（D1+D2） 水膜被拉斷前傳感器受力F1 F1?（D1+D2）+W 在水膜拉斷后傳感器受力F2 F2?W 由上面兩式得水的表面張力系數(shù)的計(jì)算公式為 ? F1?F2 ?(D1?D2) 步驟與操作方法： （1）力敏傳感器的定標(biāo) i. 開機(jī)預(yù)熱10分鐘。 ii. 將儀器調(diào)零后，改變砝碼重量，再記錄對(duì)應(yīng)的電壓值。得到U-G關(guān)系，完成傳感器的 定標(biāo)。 （2）水的表面張力及吊環(huán)內(nèi)外徑的測(cè)量 i. 測(cè)量吊環(huán)的內(nèi)徑D1

4、和外徑D2（各測(cè)量4次取平均）。 ii. 嚴(yán)格處理干凈吊環(huán)。先用NaOH溶液洗凈，再用清水沖洗干凈。 iii. 在升降臺(tái)上安放好裝有清水的干凈玻璃皿，并掛上吊環(huán)，調(diào)節(jié)吊環(huán)水平（此步重要， 細(xì)微的水平位置偏差將導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)誤差）。 iv. 升高平臺(tái)，當(dāng)?shù)醐h(huán)下沿部分均浸入水中后，下降平臺(tái)。觀察環(huán)浸入液體中及從液體中 拉起時(shí)的物理過程和現(xiàn)象，記錄吊環(huán)即將拉斷液面前瞬間的電壓表讀數(shù)V1和拉斷后的電壓表讀數(shù)V2（該步驟重復(fù)8次）。 數(shù)據(jù)記錄與處理： 以下為測(cè)量所得的直接數(shù)據(jù) （1） 儀器的定標(biāo) （2） 表面張力-電壓的測(cè)量 （3） 圓環(huán)的內(nèi)外徑 結(jié)果與分析： 一、張力儀的定標(biāo) Vai?Vbi ，F(xiàn)?mg

5、，得到一下結(jié)果 從已知數(shù)據(jù)，令 Vi? 設(shè)兩者存在關(guān)系V=kF，使用LINEST函數(shù)直接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行直線擬合，得到 k=3444.01203 接下來使用MLS計(jì)算Uk： avgV_all SUMFi =58.763 SUMv=0.8978mv2 Sv =0.358133547 0.003362 Sk? Sv ?F 2 ?6.176473639 i Uk=Sk*t7=6.176473639*2.36=14.57647779 修約后的Uk=1*10mV/N k的最終結(jié)果為(3.4±0.01)*103mV/N 1 得到V-F關(guān)系方程為V=3400*F 二、拉力電壓數(shù)據(jù)的處理 斷膜瞬間電壓V1

6、 0.322067817 2.36 mV Uv1b =0.1mV avgV1_all =96.0875mV Sv1 t7 Uv1a Uv1 SUMV1i=5.80875 =Sv1*t7= 0.76008mV 0.76663mV 0.8mV 96.1±0.8 修約后的Uv1 V1的最終結(jié)果為 斷膜后電壓V2 mV Uv2b =0.1mV avgV2_all =45.825mV Sv2 t7 Uv2a Uv2 修約后的Uv2 V2的最終結(jié)果為 0.07007 2.36 =Sv1*t7= 0.16538mV 0.19326mV 0.2mV 45.8±0.2 SUMV1i=0.27

7、5 三、圓環(huán)內(nèi)外徑數(shù)據(jù)的處理 D1avg=34.81mm，D2avg=33.21mm UD1=UD2=0.02mm 得到內(nèi)外徑的最終結(jié)果為 四、水表面拉力系數(shù)的計(jì)算與處理 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，代入計(jì)算公式得到? 2 2 F1?F2 ?(D1?D2) 2 2 ?0.069251676 Uv1?Uv2Uk2UD1?UD2?()?0.000250345 又U?(1?2)2(1?2)2 修約后的U=0.0002 得到張力系數(shù)最終結(jié)果為=(69.2±0.2)*10-3N/m 討論、建議與質(zhì)疑： （1） 吊環(huán)剛剛接觸水面時(shí)，電壓讀數(shù)會(huì)躍變至一個(gè)較大值，然后在慢慢變小。因?yàn)樵趧倓偨佑|水 表面時(shí)，水和吊環(huán)

8、產(chǎn)生了浸潤(rùn)的現(xiàn)象，在吊環(huán)壁產(chǎn)生了一圈水膜，此時(shí)即存在張力，表現(xiàn)為對(duì)吊環(huán)向下的拉力，所以吊環(huán)剛剛接觸水面時(shí)，傳感器所受拉力會(huì)突然變大。 （2） 引起誤差的原因會(huì)有一下幾點(diǎn)： 1.定標(biāo)時(shí)砝碼盤搖晃，會(huì)使傳感器受到大于砝碼盤（含砝碼）重力的力的作用，這會(huì)導(dǎo)致 測(cè)得的電壓值偏大，致使定標(biāo)獲得的k過大，導(dǎo)致最后求得的結(jié)果偏??； 2.如果吊環(huán)不水平，則會(huì)導(dǎo)致水面在下降過程中，水膜并不是同時(shí)破裂，實(shí)際作用于吊環(huán) 篇二：水的表面張力系數(shù)測(cè)定-實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析 I張力儀的定標(biāo) 由已知數(shù)據(jù)，令?=?1+?2 2 ，?=? 得到以下結(jié)果： 得到線性函數(shù)V=kF+b的函數(shù)解析式為V = 3616

9、.69F-0.4006；即得到k=3616.69;b=-0.4006. 接下來計(jì)算?；?： 2 7(?) ?= 6 ?= ?=0(?) ?=? ?=0 +8=0.0472 )(? ? ? 1 ?=?6=2.3047*2.45=5.6465?=?6=0.0472*2.45=0.1156 修約后的?=6mV/N；?=0.1mV. 故k=(3617±6)mV/N；b=(-0.4±0.1)mV 得出 V=(3617±6)F+(-0.4±0.1). II. 表面張力-電壓數(shù)據(jù)的處理 斷膜瞬間電壓V?： ?= ?7 2 7(?) ?7=2.36 ?=0.1mV ?=

10、 ?2+?2 =0.43mV修約后的?=0.4mV 故V=(92.9±0.4)mV. 斷膜后電壓?： ?= ?7 2 7?=0(?) =0.07 ?7=2.36 ?=0.1mV ?= ?2+?2=0.12mV 修約后的?=0.1mV. 故?=(41.7±0.1)mV. III. 圓環(huán)內(nèi)外徑數(shù)據(jù)的處理 ?=34.90mm ; ?=33.20mm 本次實(shí)驗(yàn)只測(cè)量一組數(shù)據(jù)，故?=?=0. 游標(biāo)卡尺精確度為0.05mm，故?=?=0.05mm. 故?=(34.90±0.05)mm ; ?=(33.20±0.05)mm. IV. 水表面張力系數(shù)的計(jì)算與處理 根據(jù)以

11、上數(shù)據(jù)，代入計(jì)算公式得到? =?(? ? 1+?2) 2?2+?2?4?4?=? +(+×10N/m,修約為?=6×10N/m. ?) + )( ? ? ? ?2+?2 得到水的表面張力系數(shù)=(660±6)×10?4N/m. 討論、建議與質(zhì)疑 I思考題 (見實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告) II對(duì)本實(shí)驗(yàn)的體會(huì)與改進(jìn)建議： 本實(shí)驗(yàn)中最終要的測(cè)量步驟是測(cè)量吊環(huán)與水膜斷開瞬間的電壓值，由于是瞬時(shí)值，故對(duì)操作的要求很高。在實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)液面從最高點(diǎn)（此時(shí)認(rèn)為吊環(huán)已經(jīng)浸潤(rùn)）開始下降時(shí)，傳感器的電壓示數(shù)呈現(xiàn)如下的變化規(guī)律：一開始電壓隨液面的下降而上升，此時(shí)可以較快地旋轉(zhuǎn)升降螺母使液面下降；電壓上升到某一較大值后，將在一段時(shí)間內(nèi)維持不變，此時(shí)表明水膜的拉力以達(dá)到最大值，應(yīng)放慢螺母旋轉(zhuǎn)的速度，使水面緩慢下降；之后電壓將呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，這時(shí)說明水膜即將破裂，應(yīng)極其緩慢地旋轉(zhuǎn)螺母，保證液面平穩(wěn)下降且不產(chǎn)生波紋，同時(shí)密切注意電壓讀數(shù)和水膜狀態(tài)，一面觀察水膜，一面逐個(gè)記憶讀數(shù)，當(dāng)水膜破裂瞬間得到的讀數(shù)，即為所需的測(cè)量值。 做實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn): 吊環(huán)儀器的制作比較粗糙，用于懸掛的金屬絲長(zhǎng)度不整且有較嚴(yán)重的扭曲，這些都不利于吊環(huán)的水平位置調(diào)節(jié)。因此建議對(duì)吊環(huán)儀器應(yīng)當(dāng)精密制作，使用三根等長(zhǎng)的金屬絲，拴在吊環(huán)中心對(duì)稱且等高的三個(gè)孔上，并且上端在同一長(zhǎng)度位置上擰