1、南 昌 大 学 物 理 实 验 报 告课程名称： 大学物理实验 实验名称： 液体表面张力系数的测定 学院： 管理学院 专业班级： 学生姓名： 学号： 实验地点： 基础实验大楼 608 座位号： 实验时间： 第三周星期天下午四点开始 液体表面张力系数的测定实验报告【实验目的】1了解水的表面性质，用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。2学会使用焦利氏秤测量微小力的原理和方法。【实验仪器】焦利秤，砝码，烧杯，温度计，镊子，水，游标卡尺等。【实验原理】液体表面层内分子相互作用的结果使得液体表面自然收缩犹如紧张的弹性薄膜。由于液面收缩而产生的沿着切线方向的力称为表面张力。设想在液面上作长为 L 的线段，线
2、段两侧液面便有张力 f 相互作用，其方向与 L 垂直，大小与线段长度 L 成正比。即有：LFf 称为液体表面张力系数，单位：N/m。将一表面洁净的长为 L、宽为 d 的矩形金属片(或金属丝)竖直浸入水中，然后慢慢提起一张水膜，当金属片将要脱离液面，即拉起的水膜刚好要破裂时，则有 F=mg+f。其中，F 为拉出时所用的力，mg 为金属片和带起的水膜的总质量，f 为表面张力。实验中利用金属圆环，则：f=F-mg【实验步骤】1安装好仪器，挂好弹簧调节底板的三个水平调节螺丝，使焦利秤立柱竖直。在主尺顶部挂入吊钩再安装弹簧和配重圆柱体使小指针被夹在两个配重圆柱中间，配重圆柱体下端通过吊钩钩住砝码托盘。调
3、整小游标的高度使小游标左侧的基准线大致对准指针，锁紧固定小游标的锁紧螺钉然后调节微调螺丝使指针与镜子框边的刻线重合当镜子边框上刻线、指针和指针的像重合时(即称为“三线对齐”)，读出游标 0 线对应刻度的数值 L0.2测母弹簧的倔强系数 K：依次增加 1.0g 砝码即将质量为1.0g，2.0g3.0g，9.0g 的砝码加在下盘内。调整小游标的高度每次都重新使三线对齐，分别记下游标 0 线所指示的读数 L1L2 ，L9；再逐次减少1.0g 砝码调整小游标的高度每次都重新使三线对齐，分别记下游标。线所指示的读数 L9，L8 ， L0，取二者平均值，用逐差法求出弹簧的倔强系数。即2L-ii)-(515
4、40iii5gKL3测(F 一 mg)值。将洁净的金属圆环挂在弹簧下端的小钩子上，调整小游标的高度使三线对齐记下此时游标 0 线指示读数 S0。把装有蒸馏水的烧杯置于焦利平台上，调节平台位置，使金属片浸入水中，转动平台旋钮使平台缓缓下降，下降的过程中金属圆环底部会拉成水膜，在水膜还没有破裂时需调节三线对齐，然后再使平台下降一点，重复刚才的调节，直到平台稍微下降，金属圆环刚好脱出液面为止，记下此时游标 0 线所指示的读数 S，算出S=SS 0 的值，即为在表面张力作用下弹簧的伸长量，重复测量 5 次，求出平均值，此时有 F-mg=f=KS代入可得: ）（ 21dsk4用卡尺测出 d1，d2 值，
5、将数据代入式中即可算出水的 值。再记录室温，可查出此温度下蒸馏水的标准值 ，并做比较.【数据处理】1.用逐差法计算弹簧的倔强系数 （实验温度：18 0C）K砝码数 增重读数(mm) 减重读数(mm) 平均数 (mm)iL(mm)ii-50 298.62 299.04 298.83 18.171 302.16 302.72 302.44 18.142 306.00 306.40 306.20 18.183 309.26 310.14 309.70 18.484 313.68 313.42 313.55 18.205 317.22 316.78 317.006 320.46 320.70 320.
6、587 324.46 324.30 324.388 328.24 328.12 328.189 331.72 331.76 331.7518.234 mm)-(51540iiiLL= 2.695 N/mgK0.139 mm)15/(L2Li0.167 mm95.0ntA=0.019 mm.1仪B=0.168 mm2BAL2L2Kg5-2计算液体表面张力 f次数 初始位置 S0(mm)水膜破裂时读数Si(mm)S=S iS 0(mm) (mm)S1 279.32 281.38 2.062 280.04 281.60 1.563 279.30 281.30 2.004 279.38 281.38
7、2.005 279.12 281.64 2.522.0280.116 mm)15/(S2Si0.140 mm95.0ntA0.019 mm.1仪B=0.141 mm2SBA3. 金 属 环 外 、 内 直 径 的 测 量 (本 实 验 直 接 给 学 生 结 果 )平均值(mm)d1 34.92d2 33.120.0256 N/m)(21dSK3计算表面张力系数 及不确定度0.0909 N/m 2S212K21 )()( ddS4. 表面张力系数的理论值： 0.0728 N/mmNt/05.73【误差分析】1. 由于水是自来水,其中还有漂白粉,金属离子等杂质,故导致实验误差较大!2. 操作中,
8、无法保证金属环面水平,使得液膜提前破裂,导致出现误差.3. 读数时很难保证绝对静止时读数,导致读数的人为误差.4. 由数据的标准差可知,数据偏离程度较大, 拟合程度不好5. 实验的焦利秤立柱未达到竖直.【思考题】1. 用焦利称测量微小力的依据是什么？答：焦利称就是一个弹簧测力计，它的刻度分度值为 0.02mm，三线合一时可以精确测量。2金属圆环浸入水中，然后轻轻提起到底面与水面相平时，试分析金属圆环在竖直方向的受力。答：受到竖直向下的重力，收到向下的液体表面张力，粘附在金属环上的液珠的重力，以及金属丝对圆环向上拉力。3 分析（2）式成立的条件，实验中应如何保证这些条件实现？答：实验器材保持洁净，不用手触摸，用镊子夹取。保持金属环底部水平，实验环境的稳定。4 本实验中为何安排测（F mg） ，而不是分别测 F 和 mg？答：F 和 mg 无法直接测量5. 本实验影响测量的主要因素有哪些？这些因素使 偏大还是偏小？答：温度因素，温度升高结果偏小。待测液纯度，杂质越多结果越小。操作因素，具体情况具体分析。【附上原始数据】
