液體的表面張力系數(shù)測量

液體的表面張力系數(shù)測量第一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三(一）實驗簡介拉脫法：測量一個已知周長的金屬圓環(huán)或金屬片從待測液體表面脫離時所需的拉力，從而求得該液體表面張力系數(shù)的方法稱為拉脫法，常用的方法之一。由于用拉脫法測量液體表面的張力約在1×10-3-1×10-2N之間，因此對測量力的儀器要求高。硅壓阻力敏傳感器張力測定儀能滿足測量液體表面張力的需要。第二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三（二）實驗?zāi)康?、用砝碼對硅壓阻力敏傳感器進行定標，計算該傳感器的靈敏度，學(xué)習(xí)傳感器的定標方法。2、觀察拉脫法測液體表面張力的物理過程和物理現(xiàn)象，并用物理學(xué)基本概念和定律進行分析和研究，加深對物理規(guī)律的認識。3、測量純水的表面張力系數(shù)。第三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三（三）實驗原理（1）液體的表面張力f液體表面張力是存在于液體表面上任何一條分界線兩側(cè)的液體的相互作用拉力，其方向沿液體表面，且恒與分界線垂直，大小于分界線的長度成正比：f=αLα稱為液體表面張力系數(shù)，單位為N.m-1。與液體的溫度、純度、種類以及它上方的氣體成分有關(guān)。1、幾個基本的知識點第四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三（2）浸潤與不浸潤現(xiàn)象當液體和固體接觸時，若固體和液體分子間的吸引力大于液體分子間的吸引力，液體就會沿固體表面擴張，形成薄膜附著在固體上，這種現(xiàn)象稱為浸潤；反之為不浸潤現(xiàn)象。浸潤情形不浸潤情形接觸角第五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三2、實驗儀器第六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三①固定架③硅壓阻力敏傳感器④吊環(huán)⑤玻璃皿⑥可微調(diào)升降臺⑦升降臺大旋鈕⑧水平調(diào)節(jié)螺絲⑨鐵架臺⑩數(shù)字電壓表（1）實驗裝置第七頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三（2）硅壓阻式力敏傳感器的結(jié)構(gòu)及原理①傳感器傳感器是將感受的物理量、化學(xué)量等信息，按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測量和傳輸?shù)男盘柕难b置。電信號易于處理，所大多數(shù)的傳感器是將是將物理量等信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出的。②結(jié)構(gòu)簡圖1.力臂固定點2.硅力敏傳感芯片3.彈性梁4.掛鉤第八頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三③原理

△U＝B·△F式中:△F：外力的增量

K：傳感器的靈敏度

△U：相應(yīng)的電壓改變量靈敏度：傳感器輸出量增量與相應(yīng)輸入量增量之比，單位為mv/N。它表示每增加1N的力，力敏傳感器的電壓改變量為Bmv。第九頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三3受力分析使用片狀吊環(huán)，在液膜拉破前瞬間，考慮一級近似，認為液體的表面張力為：

f=f1

+f2=αл(D1+

D2)這里α為表面張力系數(shù)，D1、D2分別為吊環(huán)的外徑和內(nèi)徑。液膜拉破前瞬間的受力分析圖片狀吊環(huán)在液膜拉破前瞬間有：

F1

=mg+f1+f2此時傳感器受到的拉力F1和輸出電壓U1成正比，有：U1=

BF1第十頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三片狀吊環(huán)在液膜拉破后瞬間有：F2

=mg同樣有U2=

BF2片狀吊環(huán)在液膜拉破前后電壓的變化值可表示為：液膜拉破后瞬間的受力分析圖U1－

U2

=△U

=K·△F=B（F1－

F2）=Kαл(D1+

D2)由上式可以得到液體的表面張力系數(shù)為:

這里U1——液膜拉斷前瞬間電壓表的讀數(shù)

U2——液膜拉斷后瞬間電壓表的讀數(shù)第十一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三對整個的實驗過程，可以分為以下3個階段：吊環(huán)浸沒在水中反方向旋轉(zhuǎn)螺母，電壓表讀數(shù)增加繼續(xù)旋轉(zhuǎn)讀增加到一個最大值繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，讀數(shù)開始減小減小到某一個值，液膜破裂此時，觀察電壓表讀數(shù)，記下U1、U2

階段1階段2階段34實驗現(xiàn)象的受力分析第十二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三①階段1的受力分析吊環(huán)下沿浸沒在水中時，有吊環(huán)下沿拉離水面，開始拉起液膜時，有電壓表讀數(shù)達到最大值，此時有這里，f為表面張力第十三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三

達到最大值后，繼續(xù)反方向轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)螺母，可以發(fā)現(xiàn)，電壓表讀數(shù)開始減小，這主要是因為附著在液膜上的水在重力的作用下向下滑，所以拉力減小。②

階段2的受力分析第十四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三③

階段3的受力分析在液膜拉破前瞬間有：

F1

=mg+f1+f2=mg+f在液膜拉破后瞬間有：

F2

=mg可以得到液體的表面張力：液體的表面張力系數(shù)第十五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三（四）實驗數(shù)據(jù)次123456物體質(zhì)量m/g輸出電壓u/mv表1：硅壓阻力敏傳感器靈敏度的定標第十六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期三表2：水的表面張力系數(shù)測量次U1

/mvU2

/mvΔU/mvΔU均

/mv123456t室=D1=D2=