高中物理奧林匹克競(jìng)賽實(shí)驗(yàn)考試?yán)戏y(cè)液體表面張力系數(shù)

1、實(shí)驗(yàn)十三 液體表面張力系數(shù)的測(cè)量 方法三：拉脫法（力敏傳感器）實(shí)驗(yàn)的目的1了解液體表面性質(zhì)2學(xué)習(xí)采用液體表面張力系數(shù)測(cè)定儀的使用方法3學(xué)習(xí)用拉脫法測(cè)表面張力系數(shù)的原理和方法實(shí)驗(yàn)原理1. 拉脫法測(cè)量一個(gè)已知周長(zhǎng)的金屬圓環(huán)或金屬片從待測(cè)液體表面脫離時(shí)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。所需的拉力是由液體表面張力、環(huán)的內(nèi)外徑及液體材質(zhì)、純度等因素決定。2. 吊環(huán)法和吊片法比較（1）吊環(huán)法：使用金屬細(xì)線制成吊環(huán)時(shí)，在液膜被拉破的瞬間接觸角不接近于零，此時(shí)所測(cè)得的力是表面張力向下的分量，因而所得表面張力系數(shù)誤差較大，必須用修正公式對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。（2）吊片法：雖然液膜被拉破的瞬間

2、接觸角趨近于零，但在具體測(cè)量時(shí)，由于吊片在拉脫過程中容易發(fā)生傾斜,實(shí)驗(yàn)時(shí)吊片的長(zhǎng)度上限為34cm，而在測(cè)量力時(shí)，則希望力大 一點(diǎn),有利于提高測(cè)量精確度。 （3）片狀吊環(huán)：新設(shè)計(jì)有一定厚度的片狀吊環(huán)。經(jīng)過對(duì)不同直徑吊環(huán)的多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)醐h(huán)直徑等于或略大于3.3cm時(shí),在液膜被拉破的瞬間液體與金屬環(huán)之間的接觸角接 近于零，此時(shí)接觸面總周長(zhǎng)約為20cm左右。在保持接觸角為零時(shí)，能得到一個(gè) 較大的待測(cè)力。3. 實(shí)驗(yàn)原理使用片狀吊環(huán)，在液膜拉破前瞬間，考慮一級(jí)近似，認(rèn)為液體的表面張力為： f = f1 + f2 = (D1+ D2) 這里為表面張力系數(shù)，D1、D2分別為吊環(huán)的外徑和內(nèi)徑。片狀吊環(huán)在液膜

3、拉破前瞬間有： 此時(shí)傳感器受到的拉力F1和輸出電壓U1成正比，有： U1 = BF1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：U1 U2 = U = B· F = B（F1 F2）= B(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：膜拉斷后瞬間電壓表的讀數(shù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（用拉脫法測(cè)量水的表面張力）：1力敏傳感器進(jìn)行定標(biāo)，用最小二乘法作直線擬合，求出傳感器靈敏度B。 圖2液膜的收縮2游標(biāo)卡尺測(cè)量金屬圓環(huán)的內(nèi)、外直徑。 3金屬環(huán)狀吊片掛在傳感器的小鉤上，調(diào)節(jié)升降臺(tái)，將液體升

4、至靠近環(huán)片的下沿，觀察環(huán)狀吊片下沿與待測(cè)液面是否平行，將金屬環(huán)狀吊片取下后，調(diào)節(jié)吊片上的細(xì)絲，使吊片與待測(cè)液面平行。（注意 ：吊環(huán)中心、玻璃皿中心最好與轉(zhuǎn)軸重合。） 4調(diào)節(jié)容器下的升降臺(tái)，使其漸漸上升，將環(huán)片的下沿部分全部浸沒于待測(cè)液體。然后反向調(diào)節(jié)升降臺(tái)，使液面逐漸下降。這時(shí)，金屬環(huán)片和液面間形成一環(huán)形液膜，出現(xiàn)“浸潤(rùn)”現(xiàn)象，繼續(xù)下降液面，測(cè)出環(huán)形液膜即將拉斷前一瞬間數(shù)字電壓表讀數(shù)值 U1和液膜拉斷后一瞬間數(shù)字電壓表讀數(shù)值U2。（注意 ：液膜斷裂應(yīng)發(fā)生在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，而不是開始轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)束時(shí)，因?yàn)榇藭r(shí)振動(dòng)較厲害，應(yīng)多次重復(fù)測(cè)量。） 實(shí)驗(yàn)儀器液體表面張力測(cè)定裝置、砝碼盤和砝碼、圓環(huán)型吊片、卡

5、尺、溫度計(jì) 圖1液體表面張力測(cè)定裝置實(shí)驗(yàn)步驟：1.開機(jī)預(yù)熱（15分鐘）2.將水盛入玻璃器皿內(nèi)（1cm左右），用雙面膠與升降臺(tái)面貼緊固定。3.將砝碼盤掛在力敏傳感器的鉤上4.對(duì)力敏傳感器定標(biāo)，在加砝碼前首先對(duì)儀器調(diào)零5.測(cè)吊環(huán)內(nèi)外直徑，掛上吊環(huán)，在測(cè)定液體表面張力系數(shù)過程中，可觀察到液體產(chǎn)生的浮力與張力的情況與現(xiàn)象，以順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)升降臺(tái)大螺帽時(shí)液體液面上升，當(dāng)環(huán)下沿部分均浸入液體中時(shí)，改為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)該螺帽，這時(shí)液面往下降（或者說相對(duì)吊環(huán)往上提拉），觀察環(huán)浸入液體中及從液體中拉起時(shí)的物理過程和現(xiàn)象。特別應(yīng)注意吊環(huán)即將拉斷液柱前一瞬間數(shù)字電壓表讀數(shù)值為U1，拉斷時(shí)瞬間數(shù)字電壓表讀數(shù)為U2。記下這兩個(gè)數(shù)

6、值。數(shù)據(jù)記錄示例：1.力敏傳感器定標(biāo)物理質(zhì)量m/g0.5001.0001.5002.0002.5003.0003.500輸出電壓V/mv大連地區(qū)重力加速度g= 9.8001 m/S22純水的表面張力系數(shù)測(cè)量（水的溫度 ）測(cè)量次數(shù)U1/mVU2/mVU/mV×10-3N/m實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 闡明本實(shí)驗(yàn)的目的。2 簡(jiǎn)要敘述本實(shí)驗(yàn)的基本原理。3 實(shí)驗(yàn)所用儀器裝置的介紹。4 記錄實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)其進(jìn)行分析討論。5 記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)結(jié)果分析討論。6 得出本實(shí)驗(yàn)的總結(jié)、收獲和體會(huì)，提出對(duì)教學(xué)工作的意見和建議。注意：所盛放液體的深度約1cm時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為理想。思考題1 什么是表面張力？