用焦利氏稱(chēng)測(cè)量液體表面張力系數(shù)

1、實(shí)驗(yàn)題目：焦利氏秤法測(cè)量液體的表面張力實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)習(xí)并掌握用焦利氏秤法測(cè)量液體的表面張力的方法，加深對(duì)液體表面張力的理解。實(shí)驗(yàn)原理：液體表層內(nèi)分子力的宏觀表現(xiàn)，使液面具有收縮的趨勢(shì)。想象在液面上劃一條線(xiàn)，表面張力就表現(xiàn)為直線(xiàn)兩側(cè)的液體以一定的拉力相互作用。這種張力垂直于該直線(xiàn)且與線(xiàn)的長(zhǎng)度成正比，比例系數(shù)稱(chēng)為表面張力系數(shù)。把金屬絲AB彎成如圖 (a)所示的形狀，將其懸掛在靈敏的測(cè)力計(jì)上，浸到液體中，緩緩提起測(cè)力計(jì)時(shí)，金屬絲就會(huì)拉出一層與液體相連的液膜，由于表面張力的作用，測(cè)力計(jì)的讀數(shù)逐漸達(dá)到一最大值F（超過(guò)此值，膜即破裂）。由于液膜有兩個(gè)表面，若每個(gè)表面的力為，則由 得 （1）表面張力F的大小與

2、分界線(xiàn)的長(zhǎng)度成正比。即 （2）稱(chēng)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(zhì)，雜質(zhì)和溫度有關(guān)。測(cè)定表面張力系數(shù)的關(guān)鍵是測(cè)量表面張力，應(yīng)用焦利氏秤液膜即將破裂可以方便地測(cè)量表面張力。實(shí)驗(yàn)器材：焦利氏秤，自來(lái)水，肥皂水，金屬絲，金屬圈，鋼板尺。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容:1、確定焦利氏秤上錐形彈簧的勁度系數(shù)k；2、測(cè)量自來(lái)水的表面張力系數(shù)；3、測(cè)量肥皂水的表面張力系數(shù)。數(shù)據(jù)記錄處理:1、確定焦利氏秤上錐形彈簧的勁度系數(shù)km/g0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 x/cm2.87 3.38 3.86 4.36 4.88 5.42 5.93 6.48 7.0

3、0 7.53 8.06 （1）作圖法： （2）由作圖法,計(jì)算斜率得k1=0.957g/cm=0.937N/m逐差法：()xi+5-xix6-x1x7-x2x8-x3x9-x4x10-x52.652.622.642.652.642.64由逐差法計(jì)算得出k2=0.947g/m=0.928N/m。兩種方法得到的k的平均值，就是最終的k值:k=0.9325N/m2、測(cè)量自來(lái)水的表面張力系數(shù)（1）金屬圈直徑的測(cè)量次數(shù)123直徑d/cm3.52 3.55 3.50 3.52 0.026（2）焦利氏秤的讀數(shù)次數(shù)1.401.381.431.400.025由k=0.9325N/m, =1.40cm, =3.52

4、cm, 得到3、測(cè)量肥皂水的表面張力系數(shù)（1）金屬絲長(zhǎng)度的測(cè)量次數(shù)123長(zhǎng)度l/cm3.68 3.69 3.69 3.69 0.006（2）焦利氏秤的讀數(shù)次數(shù)0.210.180.160.1960.021由k=0.9325N/m, =0.20cm, =3.69cm, 得到不確定度分析：1、勁度系數(shù)k=0.9325N/m，=0.0062、，當(dāng)時(shí)，t=1.32 , =0.002, C=(1)自來(lái)水中：=0.025,則=0.033cm(2)肥皂水中：=0.021,則=0.028cm單位應(yīng)該補(bǔ)上；3、當(dāng)時(shí)，t=1.32 , =0.01, C=3(1)金屬圈直徑d：=0.026,則=0.033cm(2)金

5、屬絲長(zhǎng)度l：=0.006,則=0.001cm同上；4、不確定度計(jì)算：誤差傳遞公式： （1）自來(lái)水的表面張力系數(shù)測(cè)定的不確定度：由k=0.9325N/m ,=1.40cm ,d=3.52cm =0.002（2）肥皂水的表面張力系數(shù)測(cè)定的不確定度：由k=0.9325N/m , =0.20cm =3.69cm =0.001最終結(jié)果：自來(lái)水的表面張力系數(shù)： P=0.68肥皂水的表面張力系數(shù)： P=0.68思考題：1、焦利氏秤法測(cè)定液體的表面張力有什么優(yōu)點(diǎn)？答：焦利氏秤則是在測(cè)量過(guò)程中保持下端固定在某一位置，靠上端的位移大小來(lái)稱(chēng)衡，因而可以迅速測(cè)出液膜即將破裂時(shí)的F，克服了用普通的彈簧是很難迅速測(cè)出液膜即將破裂時(shí)的F這一困難，可以方便地測(cè)量表面張力。焦利氏秤還把彈簧做成錐形，克服了因彈簧自重引起彈性系數(shù)的變化，實(shí)驗(yàn)精度較高。2、有人利用潤(rùn)濕現(xiàn)象設(shè)計(jì)了一個(gè)毛細(xì)管永動(dòng)機(jī)（圖-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(nèi)，成為永動(dòng)機(jī)。試分析其謬誤所在。