液體表面張力系數(shù)的測(cè)定的實(shí)驗(yàn)報(bào)告

大連理工大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告院（系）材料學(xué)院專業(yè)材料物理班級(jí)0705姓名童凌煒學(xué)號(hào)201967025實(shí)驗(yàn)臺(tái)號(hào)實(shí)驗(yàn)名稱水表名張力系數(shù)的測(cè)定教師評(píng)語(yǔ)實(shí)驗(yàn)時(shí)間2019年12月03口,第旦周，星期三第5-6節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求：實(shí)驗(yàn)名稱水表名張力系數(shù)的測(cè)定教師評(píng)語(yǔ)（1）理解表面張力現(xiàn)象。（2）用拉脫法測(cè)定室溫下水的表面張力系數(shù)。主要儀器設(shè)備：FD-NST-I型液體表面張力系數(shù)測(cè)定儀、祛碼、銀子及其他相關(guān)玻璃器皿。實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容:分子間的引力和斥力同時(shí)存在，它們以及它們合力的大小隨著分子間的距離的變化關(guān)系如圖所示對(duì)液體表面張力的理解和解釋：在液體和氣體接觸的表面有一個(gè)薄膜，叫做表面層，其宏觀上就好像是一張繃緊了的橡皮膜，存在沿著表面并使表面趨于收縮的應(yīng)力，這種力稱為表面張力。計(jì)算張力時(shí)可以做如下的假設(shè)：想象在表面層上有一條長(zhǎng)度為L(zhǎng)的分界線，則界限兩端的表面張力方向垂直于界限，大小正比于L,即仁aL（a為液體表面張力系數(shù)）。實(shí)驗(yàn)中，首先吊環(huán)是浸潤(rùn)在水中的，能夠受到表面張力的拉力作用。；則定儀的吊環(huán)緩慢離開(kāi)水面，將拉起一層水膜，并受到向卜的拉力烏如由于忽略水膜的重力和浮力,吊環(huán)一共受到三個(gè)力，即重力W、液面的拉力f投、傳感器的彈力F。原+W試驗(yàn)中重力是常量，而與表面張力相關(guān)的拉力卻隨著水膜的拉伸而增大。水膜被拉斷前瞬間的f技，就是表面張力fo圓環(huán)拉起水膜與空氣接觸有兩個(gè)表面層，若吊環(huán)的內(nèi)、外直徑分別為D］、D。則界限長(zhǎng)度L=jtD|+kDa根據(jù)界線思想定義的張力計(jì)算式得仁aL,則有F=crMD+DJ水膜被拉斷前傳感器受力Fi烏=。皿+%）+W在水膜拉斷后傳感器受力F2f；=W由上面兩式得水的表面張力系數(shù)的計(jì)算公式為F「F,

a=兀（D、+D。步驟與操作方法：（1）力敏傳感器的定標(biāo)開(kāi)機(jī)預(yù)熱10分鐘。將儀器調(diào)零后，改變砥碼重量，再記錄對(duì)應(yīng)的電壓值。得到U-G關(guān)系，完成傳感器的定標(biāo)。（2）水的表面張力及吊環(huán)內(nèi)外徑的測(cè)量1.測(cè)量吊環(huán)的內(nèi)徑Di和外徑DM各測(cè)量4次取平均）。U.嚴(yán)格處理干凈吊環(huán)。先用NaOH溶液洗凈，再用清水沖洗干凈。hi.在升降臺(tái)上安放好裝有清水的干凈玻璃皿，并掛上吊環(huán)，調(diào)節(jié)吊環(huán)水平（此步重要，細(xì)微的水平位置偏差將導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)誤差）。iv.升高平臺(tái)，當(dāng)?shù)醐h(huán)下沿部分均浸入水中后，下降平臺(tái)。觀察環(huán)浸入液體中及從液體中拉起時(shí)的物理過(guò)程和現(xiàn)象，記錄吊環(huán)即將拉斷液面前瞬間的電壓表讀數(shù)V】和拉斷后的電壓表讀數(shù)V：（該步驟重復(fù)8次）。數(shù)據(jù)記錄與處理：以卜?為測(cè)量所得的直接數(shù)據(jù)（1）儀器的定標(biāo)na01234567V/mV0.016.933.750.667.584.0101.3117.6nrg0.00.51.01.52.02.53.03.5nb76543210V/mV117.6101.184367.049.933.116.1-0.5nrg3.53.02.52.01.51.00.50.0（2）表而張力-電壓的測(cè)量n12345678Vl/mV97.696.696.495.395.496.894.995.7V2/mV46.24645.945.845.745.745.745.6（3）圓環(huán)的內(nèi)外徑n12Dl/nun34.834.8D2/nmi33.233.2結(jié)果與分析:一、張力儀的定標(biāo)從已知數(shù)據(jù)，令K=、；*,F=mg,得到一下結(jié)果avgV/mV-0.25016.50033.40050.25067.25084.150101.200117.600F/N0.0000000.0049010.0098010.0147020.0196020.0245030.0294030.034304設(shè)兩者存在關(guān)系V=kF,使用LINEST函數(shù)直接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行直線擬合，得到k=3444.01203接下來(lái)使用MLS計(jì)算Uk：avgV_all-58.763Vi-k*Fi-0.250■0.377.0.355.0.382-0.260.0.237-0064-0.542A\"20.06250.14240.12590.14600.06740.05610.00410.2934SUMA\-A2-0.8978mv2Sv-0.358133547FiA20.0000000.0000240.0000960.0002160.0003840.0006000.0008650.001177SUMFiA20.003362S,=,-=6.1764736另Uk=Sk*t7=6.176473639*2.36-14.57647779修約后的Uk=l*101mV/Nk的最終結(jié)果為(3.4±0.01)*1。3mV/N得到V?F關(guān)系方程為V=3400*F二、拉力電壓數(shù)據(jù)的處理斷膜瞬間電壓VISvl0322067817t72.36Uvla-Svl*t7-Svl0322067817t72.36Uvla-Svl*t7-0.76008mVUvl0.76663mV修約后的UvlO.SmVUvlb-O.lmVVI的最終結(jié)果為96.1x0.8mVn12345678Vl/mV97.696.696.495.395.496.894.995.7avgVl_all-96.0875mVVli-Xhvg1.5125051250.3125-0.7875?0.68750.7125-11S75?0.3875AV1A22.2876560.2626560.0976560.6201560.4726560.5076561.4101560.150156SUMAVli人2-5.80S75

Sv20.07007t72.36Uv2a-Svl*t7-Sv20.07007t72.36Uv2a-Svl*t7-0.16538mVUv20.19326mV修約后的Uv2V2的最終結(jié)果為0.2mV45.8±0.2mVUv2b-O.lmVn12345678V2/mV46.24645.945.845.745.745.745.6avgV2_all-45.825mVV2i-Vavg0.3750.1750.075-0.025-0.125-0.125-0.125-0.225AV2A20.1406250.0306250.0056250.0006250.0156250.0156250.0156250.050625SUMAVli人2-0.275三、圓環(huán)內(nèi)外徑數(shù)據(jù)的處理n12Dl/nun34.8234.80D2/nmi33.2033.22Dlavg=34.81nun，D2avg=33.21nmiUDl=UD2=0.02nmi得到內(nèi)外徑的最終結(jié)果為DI34.81±0.02mmD233.21±0.02mm四、水表面拉力系數(shù)的計(jì)算與處理根據(jù)以上數(shù)據(jù)，代入計(jì)算公式得到a=一一」=0.0692516石刀（￡\+Q）IT又+?%+(4尸+■竺+￡'弋=0.0002503雀-k(Q+Q)-修約后的Ua=0.0002得到張力系數(shù)最終結(jié)果為a=(69.2±0.2)*10-3N/m討論、建議與質(zhì)疑：（1）吊環(huán)剛剛接觸水面時(shí)，電壓讀數(shù)會(huì)躍變至一個(gè)較大值，然后在慢慢變小。因?yàn)樵趧倓偨佑|水表面時(shí)，水和吊環(huán)產(chǎn)生了浸潤(rùn)的現(xiàn)象，在吊環(huán)壁產(chǎn)生了一圈水膜，此時(shí)即存在張力，表現(xiàn)為對(duì)吊環(huán)向下的拉力，所以吊環(huán)剛剛接觸水面時(shí)，傳感器所受拉力會(huì)突然變大。（2）引起誤差的原因會(huì)有一下幾點(diǎn)：定標(biāo)時(shí)彼碼盤搖晃，會(huì)使傳感器受到大于彼碼盤（含破碼）重力的力的作用，這會(huì)導(dǎo)致測(cè)得的電壓值偏大，致使定標(biāo)獲得的k過(guò)大，導(dǎo)致最后求得的結(jié)果偏小；如果吊環(huán)不水平，則會(huì)導(dǎo)致水面在下降過(guò)程中，水膜并不是同時(shí)破裂，實(shí)際作用于吊環(huán)的水膜長(zhǎng)度只是吊環(huán)周長(zhǎng)的一小部分，這會(huì)會(huì)導(dǎo)致最后求得的結(jié)果偏小；測(cè)定儀測(cè)量電壓值并不是連續(xù)的，需要一定的時(shí)間來(lái)進(jìn)行反應(yīng)，若在水膜即將破裂時(shí)水面下降過(guò)快，傳感器尚未顯示出實(shí)際的最大電壓值，吊環(huán)就己經(jīng)脫離水面。這樣會(huì)導(dǎo)致所測(cè)得的張力過(guò)小，從而導(dǎo)致求得的系數(shù)過(guò)小；（3）生活中常見(jiàn)的表面張力現(xiàn)象有：水杯中盛半杯水時(shí)，水面邊緣沿內(nèi)杯壁向上延展一定高度；盛滿水后在添加少量水，可以看到水面高出杯壁，呈現(xiàn)拱形，但沒(méi)有水溢出。在平整干燥旦潔凈的玻璃表面滴上水滴，可以看到水滴總是以最快的速度縮成盡可能地接近圓形，而起初水滴的形狀如何。（4）對(duì)本實(shí)驗(yàn)的體會(huì)與改進(jìn)建議：本實(shí)驗(yàn)中最終要的測(cè)量步驟是測(cè)量吊環(huán)與水膜斷開(kāi)瞬間的電壓值，由于是瞬時(shí)值，故對(duì)操作的要求很高。在實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)液面從最高點(diǎn)（此時(shí)認(rèn)為吊環(huán)己經(jīng)浸潤(rùn)）開(kāi)始下降時(shí)，傳感器的電壓示數(shù)呈現(xiàn)如下的變化規(guī)律：一開(kāi)始電壓隨液面的下降而上升，此時(shí)可以較快地旋轉(zhuǎn)升降螺母使液面下降；電壓上升到某一較大值后，將在一段時(shí)間內(nèi)維持不變,此時(shí)表明水膜的拉力以達(dá)到最大值，應(yīng)放慢螺母旋轉(zhuǎn)的速度，使水面緩慢下降：之后電壓將呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，這時(shí)說(shuō)明水膜即將破裂，應(yīng)極其緩慢地旋轉(zhuǎn)螺母，保證液面平穩(wěn)下降旦不產(chǎn)生波紋，同時(shí)密切注意電壓讀數(shù)和水