表面張力系數(shù)的測定

1、物理實驗報告化學物理系05級 姓名張亮 學號PB05206050一、實驗題目：表面張力系數(shù)的測定二、實驗目的：學習焦利氏秤獨特的設計原理并用它測量液體的表面張力系數(shù)。三、實驗原理：卜 !*;JJ-1LSJ一1“龍1 n rr圖1 I表面張力ftffi把金屬絲AB彎成如圖5.2.1-1(a所示的形狀，并將其懸掛在靈敏的測力計 上，然后把它浸到液體中。當緩緩提起測力計時，金屬絲就會拉出一層與液體相 連的液膜，由于表面張力的作用，測力計的讀數(shù)逐漸達到一最大值 F (超過此值, 膜即破裂)。則F應當是金屬絲重力mg與薄膜拉引金屬絲的表面張力之和。由 于液膜有兩個表面，若每個表面的力為 F則由F mg

2、2FF( 1)2表面張力F的大小與分界線的長度成正比。即 F I(2)式中c稱為表面張力系數(shù)，單位是 N/m。表面張力系數(shù)與液體的性質有關, 密度小而易揮發(fā)的液體 c小，反之c較大；表面張力系數(shù)還與雜質和溫度有關, 測定表面張力系數(shù)的關鍵是測量表面張力 F四、實驗內容1 確定焦利氏秤上錐形彈簧的勁度系數(shù)(1) 把錐形彈簧，帶小鏡子的掛鉤和小砝碼盤依次安裝到秤框內的金屬桿上。 調節(jié)支架底座的底腳螺絲，使秤框豎直，小鏡子應正好位于玻璃管中間，掛鉤上下運動時不致與管摩擦。(2) 逐次在砝碼盤內放入砝碼，調節(jié)升降鈕，做到三線對齊。記錄升降桿的位 置讀數(shù)。用逐差法和作圖法計算出彈簧的勁度系數(shù)。2. 測量

3、自來水的表面張力系數(shù)(1) 用鋼板尺測量金屬圈的直徑和金屬絲兩腳之間的距離 s。(2) 取下砝碼，在砝碼盤下掛上已清洗過的金屬圈， 仍保持三線對齊，記下升 降桿讀數(shù)Io。(3) 把盛有自來水的燒杯放在焦利氏秤臺上，調節(jié)平臺的微調螺絲和升降鈕， 使金屬圈浸入水面以下。(4) 緩慢地旋轉平臺微調螺絲和升降鈕，注意燒杯下降和金屬桿上升時，始終 保持三線對齊。當液膜剛要破裂時，記下金屬桿的讀數(shù)。測量 3次，取平 均，計算自來水的表面張力系數(shù)和不確定度。3. 測量肥皂水的表面張力系數(shù)用金屬絲代替金屬圈，重新確定彈簧的起始位置 Io，測量步驟同2五、實驗數(shù)據(jù)記錄：1、確定焦利氏秤上錐形彈簧的勁度系數(shù)：位置

4、讀數(shù)/cm5.175.656.106.607.10砝碼重/g00.51.01.52.0位置讀數(shù)/cm7.578.028.518.989.45砝碼重/g2.53.03.54.04.5表 5.2.2 12、測量自來水的表面張力系數(shù)金屬圈直徑D/cm3.593.583.60兩腳距離so /cm4.914.904.91升降桿讀數(shù)l/cm5.51金屬桿的讀數(shù)l/cm7.357.337.34表 5.2.223、測量肥皂水的表面張力系數(shù)升降桿讀數(shù)l0 /cm5.86金屬桿的讀數(shù)l/cm6.406.426.42表 522 3六、實驗數(shù)據(jù)分析：1. 確定焦利氏秤上錐形彈簧的勁度系數(shù)(1)作圖法處理數(shù)據(jù)：B10L

5、inear Fit of Data1 B2L / cm圖 5.2.2 1Lin ear Regressi on for Data1_B:Y = A + B * X0.999960.01412100.0001ParameterValueErrorA5.171090.0083B0.952850.00311RSDNP由圖求得斜率為：B=0.95285 N/m得彈簧的勁度系數(shù)為k= B g =0.9338N/m10(2)逐差法處理數(shù)據(jù)：5 (mn5 mn)1 X n 5 XnB=- 一 =0.9528N/m5B gk= =0.9337N/m10二者平均值k 0.9338N/m2. 測定自來水的表面張力

6、系數(shù)：123平均值X標準偏差金屬圈直徑D/cm3.593.583.603.590.01升降桿讀數(shù)lo/cm5.51金屬桿的讀數(shù)l/cm7.357.337.347.340.01表 5.2.2 4d =0.0359m c =1.0 10-4U(d)=(1.0 10-4/ . 3) 1.32=7.62 10-5l =0.0734 m c =1.0 10-4U(l)=(1.0 10-4/ 3) 1.32=7.62 10-5帶入公式：k( l。)2 d得=0.0758N/m不確定度公式：2 2 2 U( ) U(l)U(d)l lcd代入數(shù)據(jù)得：U( ) =3.543 10 4 0.0004P=0.68

7、所以結果最終表示為：=0.0758 0.0004 N/m P=0.683. 測量肥皂水的表面張力系數(shù)：123平均值x標準偏差兩腳距離s0 /cm4.914.904.914.9070.006升降桿讀數(shù)l0/cm5.86金屬桿的讀數(shù)l/cm6.406.426.426.4130.012表 5.2.2 51=0.06413 m(T =1.2 10-4U(l)=(1.2 10-4/ ,3) 1.32=9.15 10-5s=0.04907 m c =6.0 10-5U (s) =(6.0 10-5/ , 3 ) 1.32=4.57 10-5代入公式：k( l。)2s得：=0.0526N/m不確定度公式：2

8、 2 2U( ) U(l)U(s)l lcs代入數(shù)據(jù)得：U ( ) =0.00087 0.0009P=0.68所以最終結果為：=0.0526 0.0009N/mP=0.68七、問題與思考：1 焦利氏秤法測定液體的表面張力有什么優(yōu)點？2. 有人利用潤濕現(xiàn)象設計了一個毛細管永動機(圖5.2.1-3)。A管中液面高于B管，由連通器原理，B管下端滴水，而滴水可以作功，水又回到槽 內，成為永動機。試分析其謬誤所在。1. 答：焦利氏秤由固定在底座上的秤框、可升降的金屬桿和錐形彈簧秤等部分組成，它和普通的彈簧秤有所不同，普通的彈簧秤是固定上端，通過下端 移動的距離來稱衡，而焦利氏秤則是在測量過程中保持下端固定在某一位 置，靠上端的位移大小來稱衡。其次，為了克服因彈簧自重引起彈性系數(shù) 的變化，把彈簧做成錐形。由于測定表面張力系數(shù)的關鍵是測量表面張力F用普通的彈簧是很難迅速測出液膜即將破裂時的F的，而焦利氏秤利F用它自身結構上的優(yōu)勢，可以方便地測量表面張力2. 答:這個永動機的謬誤主要有以下幾點：1. 根據(jù)這次所作的試驗，很明顯的可以