液體表面張力

1、引言:液體表面是具有厚度為分子有效半徑侈10-9m）的液體薄層：根據(jù)分子運動論，液體表而層內(nèi)的液體分子與液體內(nèi)部分子比較，缺少一半能對其起吸收作用的液體分子.因而受到一個指向液體內(nèi)部的力， 這樣，液體表面在宏觀上就好像一張繃緊的橡皮膜.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。用表面張力系數(shù)a來描述。因此.對液體表面張力系數(shù)的測定，可為分析液體表面的分子分布及結(jié)構(gòu)提供幫助二、實驗?zāi)康模? 了解水的表面性質(zhì).用拉脫法測定室溫下水的表面張力系數(shù)。.學會使用焦利氏秤測量微小力的原理和方法。.掌握測量彈簧倔強系數(shù)的方法三、實驗原理：液體表面層內(nèi)分子相互作用的結(jié)果使得液體表面自然收縮.猶如

2、緊張的彈性薄膜。由于液面收縮而產(chǎn)生的沿著切線方向的力稱為表面張力。設(shè)想在液面上作長為 L的線段，線段兩側(cè)液面便有張力f相互作用，其方向與 L垂直，大小與線段長度 L成正比。即有：f= a La稱為液體表面張力系數(shù)，單位：N/m。將一表面潔凈的長為 L、寬為d的矩形金屬片（或金屬絲）豎直浸入水中，然后慢慢提起 一張水膜，當金屬片將要脫離液面，即拉起的水膜剛好要破裂時，則有F=mg+f。其中，F(xiàn)為拉出時所用的力， mg為金屬片和帶起的水膜的總質(zhì)量，f為表面張力。實驗中利用金屬圓環(huán)，則：F - mg二（di d2）四、實驗儀器：焦利秤、祛碼、燒杯、溫度計、鐐子、蒸儲水、游標卡尺等。五、實驗內(nèi)容：.安

3、裝好儀器，掛好彈簧.調(diào)節(jié)底板的三個水平調(diào)節(jié)螺絲，使焦利秤立柱豎直。在主尺部掛入吊鉤再安裝彈簧和配重圓柱體.使小指針被夾在兩個配重圓柱中間，配重圓柱體下端通過吊鉤鉤住祛碼托盤。調(diào)整小游標的高度使小游標左側(cè)的基準線大致對準指針，鎖緊固定小游標的鎖緊螺釘.然后調(diào)節(jié)微調(diào)螺絲使指針與鏡子框邊的刻線重合.當鏡子邊框上刻線、指針和指針的像重合時（即稱為“三線對齊”），讀出游標0線對應(yīng)刻度的數(shù)值 L0。.測母彈簧的倔強系數(shù) K：依次增加1.0g祛碼.即將質(zhì)量為1.0g, 2.0g. 3.0g, , 9.0g的 祛碼加在下盤內(nèi)。調(diào)整小游標的高度. 每次都重新使三線對齊， 分別記下游標0線所指示的讀數(shù)L1. L2

4、, , L9;再逐次減少1.0g祛碼.調(diào)整小游標的高度.每次都重新使三線對齊，分別記下游標。線所指示的讀數(shù)L9, L8, , . L0,取二者平均值，用逐差法求出彈簧的倔強系數(shù)。即LiLi- 1Li Li1 -L =二，(L.5-L)5 i _o5gL.測(F-mg)值。將潔凈的金屬圓環(huán)掛在彈簧下端的小鉤子上，調(diào)整小游標的高度使三線對 齊.記下此時游標 0線指示讀數(shù)S0。把裝有蒸儲水的燒杯置于焦利平臺上，調(diào)節(jié)平臺位置， 使金屬片浸入水中，轉(zhuǎn)動平臺旋鈕使平臺緩緩下降，下降的過程中金屬圓環(huán)底部會拉成水膜,金屬圓環(huán)剛好脫出液面為止，記下此時游標0線所指示的讀數(shù) S,算出A S=S-S0的值，即為在表

5、面張力作用下，彈簧的伸長量，重復(fù)測量5次，求出平均值 匕S 此時有F-mg=f=KA S代入可得：kLS二(di d2)4.用卡尺測出di, d2值，將數(shù)據(jù)代入式中即可算出水的a值。再記錄室溫，可查出此溫度下蒸儲水的標準值a,并做比較。六、實驗數(shù)據(jù)記錄1,用逐差法計算彈簧的倔強系數(shù)K (實驗溫度：16.8 C)祛碼質(zhì)量增重讀數(shù)(mm)減重讀數(shù)(mm)平均數(shù)L (mm)L 柏-1 (mm)0.0g247.18247.16247.1711.011.0g249.46249.38249.4210.552.0g251.38251.48251.4311.043.0g253.48253.50253.4911

6、.514.0g256.00256.00256.0011.115.0g258.14258.22258.186.0g259.92260.02259.977.0g262.46262.48262.478.0g265.00265.00265.009.0g267.14267.08267.111 _AL = (Li -Li) =0.2 X(11.01 + 10.55+11.04+11.51+11.11)=11.0445 T5gK a=4.44 (g 取 9.8) .L口收瓦Li 2/(51)二.11 2 10.25 111.01-11.044 211.044-10.55 211.044-11.04 211.

7、044-11.51 211.044-11.11 2 1=0.34At0.95J= 1.204 X 0.34=0.409At0.95J= 1.204 X 0.34=0.409& A儀l B =0.02(mm)1.05二人二,2A -23 =(0.4092+0.022)A0.5=0.409- 5g .2- 5 9.82=-K = (2 匚 l)= (2 0.409) =0.164.(.：L)2, 11.04422.計算液體表面張力f次數(shù)初始位直S)(mm)水膜破裂時讀數(shù)Si(mm)A S=S S)(mm)S(mm)1238.40241.082.682.682238.34240.982.643238

8、.40241.102.704238.42241.122.705238.42241.102.68個工(4S -2/(51) =0.25X(2.68-2.68) 2+(2.68-2.64) 2+(2.68-2.70) 2+(2.68-2.70) 2+(2.68-2.68) 2)人0.5=0.02 A =窄仃必=1.204 X0.214=0.024nl B = = 0.02(mm)1.05+4 =(0.0242+0.022)A0.5 = 0.033.金屬環(huán)外、內(nèi)直徑的測量(本實驗直接給學生結(jié)果)平均值(mm)d134.92d233.12_ K. S0 =(4.44 X 2.68) + 兀(34.92

9、+33.12) =0.056二(dicb)3.計算表面張力系數(shù)a及不確定度 K S K Sd(di+d2= (2.68X0.164+ 兀+ 68.04) 2+(4.44X 0.03+ 兀 +68.04) 2八0.5=0.0024. 表面張力系數(shù)的理論值：a電(75.50.15t)Ml0，N/m =0.073【誤差分析】.讀數(shù)有誤差；2.調(diào)節(jié)平臺使產(chǎn)生水膜時不準確；3.沒有穩(wěn)定讀數(shù)。 【思考題】.用焦利稱測量微小力的依據(jù)是什么？答：在祛碼托盤上加 X克祛碼，彈簧伸長了某一長度， 細金屬桿上鏡中的標線即向下移動，此時三線不再重合。轉(zhuǎn)動旋鈕使管向上移動，因而細金屬桿也隨之向上移動。當三線又重合時，在管及管的游標上可讀出第二個讀數(shù)，該讀數(shù)與第一個讀數(shù)這差就是彈簧在增加X克重量時所伸長的長度。.金屬圓環(huán)浸入水中，然后輕輕提起到底面與水面相平時，試分析金屬圓環(huán)在豎直方 向的受力。答：重力豎直向下，彈簧彈力豎直向上。.分析(2)式成立的條件，實驗中應(yīng)如何保證這些條件實現(xiàn)？答：1.儀器擺放正確；2.金屬片將要脫離水面，即水膜將要破裂。.本實驗中為何安排測(F-mg),而不是分別