液體表面張力的大小與液體溫度的關系

1、AKBEDJHC液體表面張力的大小與液體溫度的關系班級：物理C052 姓名：陳延青 學號：053128 同組人：周華一. 目的與要求 掌握用喬里秤（或扭秤）測量微小力的原理和方法； .了解液體表面的性質； .研究液體表面張力與液體溫度及液體密度的關系。二. 儀器 喬里秤 .“ | I”型金屬絲 砝碼、鑷子、氣壓計、溫度計 純水（2.0C、29.0C、56.0 C）玻璃器皿等三. 儀器簡介1. 喬里秤的結構喬里秤是一個精密的彈簧秤（圖 1-1）,常用于測量微小力。在直立的可向上向下移動的金屬桿 A的橫梁上，懸掛一根彈簧K （彈簧作成錐形，是為了消除因彈簧自重而引起的彈簧伸長量的不均， 懸掛時應該

2、小頭在上、大頭在下）。彈簧下端掛一個帶有水平刻線的長條形反光鏡D。反光鏡D懸在帶水平刻線的玻璃管 E中，D下端有一小鉤，可用來懸掛砝碼盤F或“ I ”型絲H。帶米吃刻度的金屬桿 A套在金屬管J中，空管上附有游標 B和可以動的平臺 C。轉動旋鈕G可使金屬桿A 上下移動，因而也就調節(jié)了彈簧的升降。彈簧上升 或下降的距離由主尺（金屬桿A ）和游標B確定。主尺簡稱標尺。2. 喬里秤的“三線對齊”使用方法在使用喬里秤時，應是反光鏡D上的水平刻線、 玻璃管E的水平刻線各玻璃管水平刻線在反光鏡D中的像重合，即“三線對齊”。 用“三線對齊”方法可保證彈簧下端的位置始終是 固定的，而彈簧伸長量 X使可以用米尺和

3、游標卡 尺測量出來（也即將彈簧伸長前、后兩次的讀數(shù)之 差測量出來）。讀數(shù)方法和游標卡尺的讀書方法完全一樣。喬里秤 的游標是十分游標，分度值是 0.1mm。根據(jù)胡克定律，在彈性限度內，彈簧伸長量 X與所加外力F成正比，即F=K X。式中K是彈 簧倔強系數(shù)（也叫彈性系數(shù)）。對于一個特定的彈簧， K值是一定的。如果將已知重量的砝碼加到砝碼盤 中，測出彈簧的伸長量，由上面的式子即可計算出 該彈簧的K值。這一步稱為喬里秤的校準。喬里秤 校準后只要測出彈簧的伸長量，就可以算出作用與 彈簧上的外力F。四. 原理液體表面層(厚度等于分子作用半徑,約 1 0-1 0cm )內的分子所處的環(huán)境跟液體內部的分子不

4、同。液體內部每一個分子四周都被同類其它分子包圍,它所受到周圍分子作用力的合力為零,但處 于表面層分子一邊受液體內部分子引力,另一邊受外部氣體分子的作用。由于氣體的密度比液體密 度小得多,所以液體表面層的分子手到內部液體分子對它的引力大于外部氣體分子對它的引力,因 而這些分子受的合力是垂直于液面并指向液體的內部。正是由于這個原因,當系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡時,液體表面分子有盡量擠入液體內部使液體盡可能縮小的趨勢。這種沿著液體表面的、使表面有收縮傾向的作用力就叫液體的表面張力。表面張力的大小可用表面張力系數(shù) a描述。設想在液面上做一個長為 L的線段，則張力的作用表現(xiàn) 在線段的兩邊液面以一定拉力 f 相互作

5、用,而且里的方向恒與線段垂直,大小與線段長 L 成正比, 即f= d L(1-1)式中，d稱為表面張力系數(shù)。它等于沿液面作用在分界線單位長度上的表面張力。如在液體中浸入一“ |”型金屬細絲,則附近的液面將呈現(xiàn)出圖 1-2所示的形狀。由于液面收縮 而產生的沿著切線方向的力 f就是表面張力，角0稱為接觸角。當緩緩提拉“I I”型金屬細絲時, 接觸角0會逐漸減小而趨向于零，即液膜被撕破的瞬間，表面張力是垂直向下的，如圖1-3所示。此時,由靜力平衡條件得F=mg+2f 表面張力f=1/2(F-mg)設“ I I”形絲長為L,由式(1-1)、式(1-3)可得表面張力系數(shù)a = ( F-mg ) /2L

6、表面張力系數(shù)a與液體的種類、純度、溫度和它上方的氣體成分有關。a 值越小；液體所含雜質越多, a 值也越小。只要上述這些條件保持一定,五 . 實驗內容及步驟 1. 測定彈簧彈性系數(shù) K 首先調整喬里秤下面的三角螺絲，使金屬桿A處于鉛直位置， 按圖 1-1 所示,掛好錐形彈簧、砝碼盤和小鏡掛鉤, 緩緩調節(jié)旋鈕 G 是小鏡上刻線、玻璃管上刻線及其在鏡子里的像對齊,即此時米尺既游標 B 的讀數(shù) S1, 依次將 0.2g、 0.4g、 0.6g、 0.8g、 1.0g 砝碼放在砝碼盤中,并調節(jié)旋鈕 時分別依次記下主尺和游標的讀數(shù) 然后，依次減少砝碼，每次減少S4S1。 計算平均值 Si 平=1/2(

7、Si+Si) 利用胡克定律，計算彈性系數(shù) 數(shù)據(jù)處理 將數(shù)據(jù)記錄在表1-1內，然后求出 S平、K平及 K平。根據(jù) F=Kx，也即根據(jù) F=K S (其中 F=mg=0.60*10-3*9.8(N),可得Ki=F/ Si= (0.60*10-3*9.8 ) /Si*10-3 (N/m)根據(jù) K平=1/3E( 3/i=1 ) Ki或K平=F/ S求出K平值。S2、 S3、 S4、 S5、 S6。0.2g，并使“三線對齊”1-2）實驗表明, 液體的溫度越高,a就是一個常數(shù)。三線對齊”，記下G,使“三線對齊”，同同時依次記下相應讀數(shù)S6、 S5、（i=1、2、6）及 Si=Si+3 平-Si 平值（i=

8、1、2、3, i+3=4、5、6）。 Ki=F/ Si。表1-1量名次數(shù)、鬼碼、f增重Si( 10-3m減重Si( 10-3m求平均S 平(10-3m)Si= Si+3 平-S平(10-3mKi(N/m ) K(N/m)10.001.351.361.360.69.83.320.2.1.501.521.5130.401.701.701.700.5710.33.440.601.861.851.8650.802.092.072.080.5610.53.561.002.262.262.26求平均： S平、K平、 K平0.5810.23.4根據(jù)常用函數(shù)標準不確定度的公式，推導出(T k/K= ( d F

9、/F) 2 + ( d $/ S) 2 1/2 其中d F= /(3)1/2=(0.01*10-3)/(3)1/2kg s=(d 儀 s2+ ds平2)1/26儀 $= /(3)1/2 d s 平=tpS s 平 代入數(shù)據(jù)，進行計算，并將結果表示為K 平 d k= () N/m2 k/K=(%)2.測定水的表面張力系數(shù)d (不同溫度下)用米尺量出“ I I”形細絲的橫邊的長L ,用稀堿溶液洗滌“ I I”形絲，去掉油污，在經(jīng)清水涮洗后，用酒精洗凈，晾曬干至不掛水 珠。將洗好的“ II”形絲掛在小鏡 D下面的掛鉤上(或砝碼盤下面的掛鉤上)，so。轉動升降旋鈕 G,使“三線對齊”，即下此時“ I

10、I”形框在空氣中時標尺讀數(shù)將燒杯中注入蒸餾水(或凈水)多半杯。G。使將盛好水的燒杯放在平臺C上，轉動平臺下端的螺旋，使平臺處于較高位置，同時轉動“I I”形絲浸入燒杯中的液體內，并恰好在接近水平面位置，并且始終保持“三線對齊”在始終保持“三線對齊”的條件下，一手緩慢的轉動升降旋鈕G,使“ I I”形絲從液面向上提拉；而另一手同時緩慢地轉動平臺下螺旋，使平臺帶著液體燒杯下降，此時可以看到在“II”形絲與液面之間拉出一個液體薄膜。如此，直到“I I”形絲拉出的薄膜破裂，“I I”形絲彈離液面為止。記下此刻“ I I”框所拉水薄膜破裂時標尺的讀數(shù)so,計算(S- S0)的值，即為彈簧的伸長量x。重復

11、上述測 S0及S的步驟5次(11)求出 S=S- S0的平均值及其標準不確定度，(12)將不同溫度的液體都測一遍，將數(shù)據(jù)填在下表。數(shù)據(jù)處理測定水的表面張力系數(shù) a的數(shù)據(jù)記錄在表1-2中。利用式(1-2)及胡克定律，將 F=mg+2f=K* S代入式(1-4)中，得a =K S/2L(N/m)則 a平=K平 S平/2L2+ ( d $ S) 2+ ( d l/L ) 21/2d a/a = ( d k/K)da = (da / a ) 結果表示：量名S0S S平均被測量液體、(10-3m(10-3m)(10-3m(10-3 m1. 2.0 C1.401.860.462. 2.0 C1.431.870.440.453. 2.0 C1.421.860.444. 29.0 C1.371.700.335. 29.0 C1.351.690.340.336. 29.0 C1.361.700.337. 56.0 C1.361.550.198. 56.0 C1.351.530.180.199. 56.0