實(shí)驗(yàn)報(bào)告：表面張力的測(cè)定優(yōu)質(zhì)資料

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實(shí)驗(yàn)報(bào)告：表面張力的測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告：表面張力的測(cè)定優(yōu)質(zhì)資料(可以直接使用，可編輯優(yōu)質(zhì)資料，歡迎下載）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．液體表面張力的測(cè)定，了解物質(zhì)體系性質(zhì)、溶液表面結(jié)構(gòu)、分子間相互作用（特別是表面分子相互作用），可用來(lái)幫助計(jì)算等張比容，工業(yè)設(shè)計(jì)中用來(lái)幫助估算塔板效率等。2．熟悉表面張力中常用的測(cè)定方法：（1）毛細(xì)管升高法（2）滴重法。二、實(shí)驗(yàn)原理（1）毛細(xì)管升高法：當(dāng)一根潔凈的、無(wú)油脂的毛細(xì)管浸進(jìn)液體，液體在毛細(xì)管內(nèi)升高到h高度。在平衡時(shí)、毛細(xì)管中液柱重量與表面張力關(guān)系為式中，為表面張力，g為重力加速度，為液體密度，r為毛細(xì)管半徑。如果液體對(duì)玻璃潤(rùn)濕=0，=1，則。（2）滴重法：當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，從外半徑為r的毛細(xì)管滴下的液體質(zhì)量，應(yīng)等于毛細(xì)管周邊乘以表面張力，即式中：m為液滴質(zhì)量，r為毛細(xì)管外半徑，為表面張力，g為重力加速度。事實(shí)上，滴下來(lái)的僅僅是液滴的一部分。因此，式中給出的僅僅是理想液滴。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，滴下來(lái)的液滴大小是V/的函數(shù)，即有f(V/)所決定（其中V是液滴體積）所以式子可變?yōu)榛蚱渲蠪稱為校正因子。三、實(shí)驗(yàn)儀器毛細(xì)管升高法：約25cm長(zhǎng)、0.2mm直徑的毛細(xì)管毛細(xì)管，讀數(shù)顯微鏡，小試管，25°C恒溫槽。滴重法：毛細(xì)管（末端磨平），稱量瓶，讀數(shù)顯微鏡。四、實(shí)驗(yàn)步驟毛細(xì)管升高法：1、將毛細(xì)管洗凈、干燥，于小試管中傾入蒸餾水，按圖裝好。2、用吸耳球在X管處慢慢地將空氣吹入試管中，待毛細(xì)管中液體升高后，停止吹氣并使試管內(nèi)外壓力相等。待液體回到平衡位置，用度數(shù)顯微鏡測(cè)量其高度h。測(cè)定完畢后從X管吸氣，降低毛細(xì)管內(nèi)液面，停止吸氣并使管內(nèi)外壓力相等，恢復(fù)到平衡位置測(cè)量高度。如果毛細(xì)管潔凈，則兩次測(cè)量的高度應(yīng)相等，否則應(yīng)清洗毛細(xì)管。3、測(cè)定毛細(xì)管內(nèi)徑。將毛細(xì)管插入高錳酸鉀溶液后，洗凈毛細(xì)管外層，用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量毛細(xì)管的內(nèi)徑。4、用密度計(jì)測(cè)量高錳酸鉀的密度。滴重法：1、按圖二裝好儀器，把待測(cè)液體充滿毛細(xì)管，并調(diào)節(jié)液位使液滴按一定時(shí)間間隔滴下。在保證液滴不受震動(dòng)的條件下用稱量瓶搜集30滴，用電子分析天平稱重。2、用游標(biāo)卡尺測(cè)量毛細(xì)管的外徑。3、從液滴重量及液體密度計(jì)算滴下液滴體積。然后求出v/r3數(shù)值，從表中查出校正因子F數(shù)值。根據(jù)式子求出表面張力。五、數(shù)據(jù)記錄毛細(xì)管升高法：升高高度h/cm5.675.67溶液密度/(g/) 0.9981內(nèi)徑r/mm 0.654(讀數(shù)顯微鏡)0.220（用水測(cè)定毛細(xì)管升高h(yuǎn)，計(jì)算所得）滴重法：液體+瓶質(zhì)量m1/g 26.1130瓶質(zhì)量m2/g 22.8806外徑r/mm 7.64六、數(shù)據(jù)處理毛細(xì)管升高法：滴重法：七、誤差分析一．1.用毛細(xì)管升高法測(cè)升高的高度時(shí)，精確度不好，因?yàn)橐好娴倪x取比較困難，誤差有幾個(gè)毫米至多，而且由于是隔著觀測(cè)，讀數(shù)的準(zhǔn)確度也降低了。2.由于內(nèi)徑用讀數(shù)顯微鏡，由于光學(xué)儀器往往使用起來(lái)較困難，而且由于固定毛細(xì)管的是泡沫，容易變形，即導(dǎo)致讀數(shù)顯微鏡容易發(fā)生扭曲，而改變顯微鏡中的讀數(shù)，造成誤差。3.毛細(xì)管內(nèi)不干凈，造成誤差。4.毛細(xì)管用洗液灌洗后為用去離子水沖干凈，有部分洗液依附于管壁。5.管內(nèi)水柱未完全靜止就測(cè)量。6.測(cè)量水柱高度儀器精度不足，實(shí)驗(yàn)者讀數(shù)時(shí)未使液面對(duì)準(zhǔn)直尺0刻度。7.測(cè)量毛細(xì)管內(nèi)半徑時(shí)，讀數(shù)和對(duì)顯微鏡調(diào)焦不準(zhǔn)確，調(diào)焦后未使管壁清晰可見。8.對(duì)于滴重法要求沒有震動(dòng)，但在實(shí)驗(yàn)過程中很難保證。9.用游標(biāo)尺測(cè)量毛細(xì)管外徑時(shí)，讀數(shù)不準(zhǔn)。二．思考題1.如何調(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡？答：①使顯微鏡鏡筒位于標(biāo)尺中部；②用合適的光源照明被測(cè)物，調(diào)節(jié)照明方向，使視場(chǎng)明亮；③調(diào)節(jié)目鏡，使十字叉絲清晰；④調(diào)節(jié)鏡筒的工作距離（調(diào)焦），使像清晰并要消除視差。2毛細(xì)管中水面為什么能上升？如果將毛細(xì)管插入盛有水銀的器皿中，水銀液面是否上升？答：通過洗耳球?qū)γ?xì)管吹氣，使毛細(xì)管中的空氣排出，拿去洗耳球后，毛細(xì)管內(nèi)壓強(qiáng)減少到小于大氣壓，水就被壓上毛細(xì)管，又由于水的表面張力的存在，到一定高度水就下不來(lái)。若是水銀就不會(huì)上升，因?yàn)樗y不潤(rùn)濕毛細(xì)管壁液面不升反降。3．使用毛細(xì)管前為什么要用洗液灌洗？答：毛細(xì)管結(jié)構(gòu)精細(xì)，任何小雜質(zhì)都有可能堵塞毛細(xì)管或依附在管壁上使管壁不光潔，從而使測(cè)量得到的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。實(shí)驗(yàn)題目液體表面張力系數(shù)的測(cè)定液體的表面張力是表征液體性質(zhì)的一個(gè)重要參數(shù)，測(cè)量液體的表面張力系數(shù)有多種方法，拉脫法是測(cè)量液體表面張力系數(shù)常用的方法之一，該方法的特點(diǎn)是用秤量?jī)x器直接測(cè)量液體的表面張力，測(cè)量的方法直觀，概念清楚。拉脫法測(cè)量液體表面張力，對(duì)測(cè)量力的儀器要求較高，由于用拉脫法測(cè)量液體表面的張力約在1×10-3～1×10-2N之間，因此需要的有一種量程較小、靈敏度高、且穩(wěn)定好的測(cè)量力的儀器。近年來(lái)，新發(fā)展的硅壓阻式力敏傳感器張力測(cè)定儀正能滿足測(cè)量液體表面張力的需求，它比傳統(tǒng)的焦利秤、扭秤等靈敏度高，穩(wěn)定性好，且可數(shù)字信號(hào)顯示，利于計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)測(cè)量。為了對(duì)各類液體的表面張力系數(shù)的不同有深刻的理解，在對(duì)水進(jìn)行測(cè)量以后，再對(duì)甘油進(jìn)行測(cè)量，這樣可以明顯觀察到表面張力系數(shù)隨溶液濃度的變化現(xiàn)象，從而對(duì)這個(gè)概念加深理解?！灸康囊蟆?、掌握用拉脫法測(cè)量液體的表面張力系數(shù)。2、測(cè)量不同濃度的溶液的表面張力系數(shù)，觀察掌握表面張力系數(shù)隨溶液濃度的變化而變化的現(xiàn)象，加深對(duì)表面張力系數(shù)的理解?！緝x器用具】液體表面張力測(cè)定儀、游標(biāo)卡尺、燒杯等?！緦?shí)驗(yàn)原理】實(shí)驗(yàn)裝置，如下圖，其中，液體表面張力測(cè)定儀，包括硅擴(kuò)散電阻，非平衡電橋的電源和測(cè)量電橋失去平衡時(shí)輸出電壓大小的數(shù)字電壓表，鐵架臺(tái)、微調(diào)升降臺(tái)、裝有力敏傳感器的固定桿、盛液體的玻璃皿和圓環(huán)形吊環(huán)片。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)環(huán)的直徑在3厘米附近而液體和金屬環(huán)接觸角近似為零時(shí)，運(yùn)用公式F=α·π(D1+D2)測(cè)量各種液體的表面張力系數(shù)的結(jié)果較為正確。測(cè)量一個(gè)已知周長(zhǎng)的金屬片從待測(cè)液體表面脫離時(shí)需要的力，求得該液體表面張力系數(shù)的實(shí)驗(yàn)方法稱為拉脫法。若金屬片為環(huán)狀吊片時(shí)，可認(rèn)為脫離力為表面張力系數(shù)乘以脫離表面的周長(zhǎng)，即：F=α·π(D1+D2)…F為脫離力，D1、D2分別為圓環(huán)的內(nèi)、外徑，α為液體的表面張力系數(shù)。硅壓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(gè)硅擴(kuò)散電阻集成一個(gè)非平衡電橋。當(dāng)外界壓力作用于金屬梁時(shí)，在壓力作用下，電橋失去平衡。此時(shí)將有電壓信號(hào)輸出，輸出電壓大小與所加外力成正比：ΔU=KF式中F為外力，K為硅壓阻式力敏傳感器的靈敏度，ΔU為傳感器輸出電壓的大小。所以【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求】1、力敏傳感器的定標(biāo)；砝碼質(zhì)量/g0.5001.0001.5002.0002.5003.000電壓/mv北京的重力加速度(北緯39056`):g=9.8012m/s2經(jīng)最小二乘法擬合,得K=mv/N,擬和直線相關(guān)系數(shù)r=2、測(cè)金屬環(huán)內(nèi)外徑外徑D1/cm,內(nèi)徑D2/cm，記下水的溫度：03、環(huán)的測(cè)量與清洗；4、測(cè)量液體的表面張力系數(shù)編號(hào)U1/mvU2/mv△U/mvF/N∝/N.m-1123455、測(cè)甘油的表面張力系數(shù)編號(hào)U1/mvU2/mv△U/mvF/N∝/N.m-112345【思考題】1、為什么做實(shí)驗(yàn)時(shí)要求將環(huán)用酒精清洗干凈？2、為什么測(cè)表面張力時(shí)，要求動(dòng)作要慢，又要防止儀器受振動(dòng)，特別是水膜要破裂時(shí)？xx大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程物理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目液體表面張力系數(shù)的測(cè)定成績(jī)專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)實(shí)驗(yàn)日期姓名同組人姓名指導(dǎo)教師一【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹空莆樟γ魝鞲衅鞯脑砗头椒私庖后w表面的性質(zhì)，測(cè)定液體表面張力系數(shù)。二【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】用力敏傳感器測(cè)量液體表面的張力系數(shù)三【實(shí)驗(yàn)原理】液體具有盡量縮小其表面的趨勢(shì)，好像液體表面是一張拉緊了的橡皮膜一樣。這種沿著表面的、收縮液面的力稱之為表面張力。測(cè)量表面張力系數(shù)的常用方法：拉脫法、毛細(xì)管升高法和液滴測(cè)重法等。此試驗(yàn)中采用了拉脫法。拉脫法是直接測(cè)定法，通常采用物體的彈性形變（伸長(zhǎng)或扭轉(zhuǎn)）來(lái)量度力的大小。液體表面層內(nèi)的分子所處的環(huán)境跟液體內(nèi)部的分子不同。液體內(nèi)部的每一個(gè)分子四周都被同類的其他分子所包圍，他所受到的周圍分子合力為零。由于液體上方的氣象層的分子很少，表層內(nèi)每一個(gè)分子受到的向上的引力比向下的引力小，合力不為零。這個(gè)力垂直于液面并指向液體內(nèi)部。所以分子有從液面擠入液體內(nèi)部的傾向，并使得液體表面自然收縮，直到處于動(dòng)態(tài)平衡。假如在液體中浸入一塊薄鋼片，則鋼片表面附近的液面將高于其它處的,如圖1所示。FtFtFtFmg圖1由于液面收縮而產(chǎn)生的沿切線方向的力Ft稱之為表面張力，角φ稱之為接觸角。當(dāng)緩緩拉出鋼片時(shí)，接觸角φ逐漸的減小而趨于零，因此Ft方向垂直向下。在鋼片脫離液體前諸力平衡的條件為F=mg+Ft（1）其中F是將薄鋼片拉出液面的時(shí)所施加的外力，mg為薄鋼片和它所沾附的液體的總重量。表面張力Ft與接觸面的周長(zhǎng)2(l+d)成正比，故有Ft=2σ(l+d),式中比例系數(shù)σ稱之為表面張力系數(shù)，數(shù)值上等于作用在液體表面單位長(zhǎng)度上的力。將Ft代入式（1）中得δ=F-mg當(dāng)用環(huán)形絲代替薄鋼片做此實(shí)驗(yàn)時(shí)，設(shè)環(huán)的內(nèi)外直徑為D1、D2,當(dāng)它從液面拉脫瞬間傳感器受到的拉力差f=F–mg=π(D1+D2)σ,此時(shí)δ=f只要測(cè)出力f和環(huán)的內(nèi)外直徑，將它們代入式(3)，即可算出液體的表面張力系數(shù)σ。式中各量的單位統(tǒng)一為國(guó)際單位。四【實(shí)驗(yàn)儀器】FD—NST—B液體表面張力系數(shù)測(cè)定儀。砝碼六個(gè)，每個(gè)質(zhì)量0.500g五【實(shí)驗(yàn)步驟】開機(jī)預(yù)熱。清洗玻璃器皿和吊環(huán)。在玻璃器皿內(nèi)放入被測(cè)液體并安放在升降臺(tái)上。將砝碼盤掛在力敏傳感器上，對(duì)力敏傳感器定標(biāo)。掛上吊環(huán)，測(cè)定液體表面張力系數(shù)。當(dāng)環(huán)下沿全部浸入液體內(nèi)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)升降臺(tái)的螺帽，使液面往下降。記下吊環(huán)拉斷液面瞬間時(shí)的電壓表的讀數(shù)U1，拉斷后瞬間電壓表的讀數(shù)U2。則f=(U1-U2)/B六【實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)】輕輕掛上吊環(huán)，必須調(diào)節(jié)好水平。在旋轉(zhuǎn)升降臺(tái)時(shí)，盡量是液體的波動(dòng)要小。工作室不宜風(fēng)力較大，以免吊環(huán)擺動(dòng)致使零點(diǎn)波動(dòng)，所測(cè)系數(shù)不準(zhǔn)確。七【數(shù)據(jù)記錄與處理】（1）力傳感器標(biāo)定g=9.749m/s2砝碼個(gè)數(shù)（個(gè)）012345電壓（+）（mv）10.525.641.156.371.887.0電壓（-）（mv）10.225.340.555.971.286.9電壓平均（mv）10.425.440.856.171.587.0（2）水的表面張力測(cè)定水溫：23℃掛環(huán)內(nèi)徑：3.31cm掛環(huán)外徑：3.50cm測(cè)定次數(shù)12345U169.469.268.868.668.5U211.811.711.511.211.3U1-U2=57.4(mv)（3）最小二乘法求靈敏度傳感器電壓與受力關(guān)系曲線傳感器電壓與受力關(guān)系曲線應(yīng)用最小二乘法程序直線擬合得：B=3.14(V/N)（4）計(jì)算水的表面張力表面張力f=U1-U2B=1.83×表面張力系數(shù)δ=fπ(D1+D2）=(1.83×10-2)/[π×(3.31×10=8.56×10-2八【實(shí)驗(yàn)參考書】大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒張懷作著百度文庫(kù)—物理實(shí)驗(yàn)﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒遼寧大學(xué)物理組九【實(shí)驗(yàn)小結(jié)】本次實(shí)驗(yàn)中,在老師的耐