用焦利氏秤測定液體的表面張力系數(shù)課件

用焦利氏秤測定液體的表面張力系數(shù)

基礎物理實驗9目的要求1.了解焦利氏秤的結構、原理并學會正確使用。2.用拉膜法測定液體的表面張力系數(shù)。3.用最小二乘原理擬合直線。表面張力液體表面層（其厚度等于分子的作用半徑，約10-8m）內(nèi)的分子跟液體內(nèi)部的分子所處的環(huán)境不同。液體內(nèi)部每個分子四周都被同類的其他分子所包圍，它所受到的周圍分子的作用力的合力為零。由于液體上方的氣相層的分子數(shù)很少，表面層內(nèi)每個分子受到的向上的引力比向下的引力小，合力不為零，這個合力垂直于液面并指向液體內(nèi)部,使得這類分子有向液體內(nèi)部收縮的趨勢。從能量觀點看，任何內(nèi)部分子欲進入表面層都要克服這個吸引力而作功。可見，表面層有比液體內(nèi)部更大的勢能，即所謂表面能，表面積越大、表面能也越大。由于任何體系總以勢能最小的狀態(tài)最為穩(wěn)定，所以，液體要處于穩(wěn)定，液面就必須縮小，以使其表面能盡可能減小，宏觀上就表現(xiàn)為液體表面層的張力，稱為表面張力。原理

將“Π”形絲通過其AB的正中點C懸掛于可測微小力的彈簧秤之上(如圖a所示)，則可由拉膜過程中彈簧的伸長量求出.根據(jù)虎克定律：在彈性限度內(nèi)，彈簧恢復力與彈簧的絕對伸長量成正比，且方向相反,即:(24.3)

將表面潔凈、寬度L、絲直徑為D的“Π”形細金屬絲豎直浸于水中，然后徐徐拉出。由于水能潤濕金屬絲，所以水膜將布滿“Π”形絲四周，且在其邊框內(nèi)被帶起。水膜系具有幾個分子層厚的雙面膜，其與水分界面接觸部分的周長約為2(L+D)，因此，式（24.1)變?yōu)椋?/p>

(24.2)在上述假定下，彈簧的伸長只取決于表面張力在垂直方向的分量。設接觸角為，則該分量為：。顯然，在彈簧伸長至且使液膜剛剛破裂的瞬間，該分力應與彈簧的彈性恢復力相平衡，即：

(24.4)考慮到水與“Π”形金屬絲接觸角很小，，；而且實際上；所以，式(24.4)可簡化為：(24.5)其中，表示拉膜過程中彈簧的伸長量?？梢姡灰獪y得及，即可由(24.5)式求出水的表面張力系數(shù)。實際拉膜過程中，“Π”形絲框除受及的作用外，如右圖所示，還受如下諸力的作用：水膜自身重力；“Π”形絲處于水中部分受到的浮力；“Π”形絲受到大氣壓力的合力；“Π”形絲本身的重力。若規(guī)定將“Π”形絲掛上后，其AB邊與水面平齊時為彈簧的平衡位置，則“Π”形絲的重力對彈簧從該平衡位置算起的伸長量也沒有貢獻。儀器用品(1)焦利氏秤（包括砝碼組及附件）(2)玻璃皿；(3)“Π”形金屬絲；(4)游標卡尺；(5)待測樣品：自來水；(6)酒精燈(共用)。實驗內(nèi)容

1．安裝、調(diào)整并熟悉儀器。然后測儀器專用彈簧的倔強系數(shù)。2．將以酒精燈灼燒過的潔凈的“Π”形絲輕輕掛在砝碼盤下端，前后緩緩拉膜4次，測出在水的表面張力作用下彈簧的伸長量。3．用游標卡尺測“Π”形絲寬度。然后，求出室溫時水的表面張力系數(shù)。考查題

1．測量“Π”形金屬絲寬度時應注意什么？在“Π”形絲的什么位置測量為宜？2．若焦利氏秤套筒未調(diào)鉛直，能否進行測量，為什么？3．式(24.3)和(24.6)有什么區(qū)別？在本實驗中它們表示的意義各是什么？4．在拉膜過程中，若焦利氏秤彈簧有微小振動，對測量結果有何影響？5．在拉膜過程中為什么應始終保持“F”、“E”、“E‘”三線重合？為滿足此項要求，實驗中應如何操作？6．拉膜時彈簧的初始位置是在什么情況下確定的？7．試說明式(24.5)成立的條件。思考題

1．若“Π”形金屬絲粘有油污(或用手摸過)，則將會對測量結果帶來什么影響？如仍采用式(24.5)進行計算，測量結果可能偏離真值的方向怎樣？2．焦利氏秤為什么能測量微小力？它所能測出的最小力是多少？3．由附表11給出的結果求的定值誤差。4．試分析說明下列情況對測量結果的影響：1）指示鏡與指示管內(nèi)壁相接觸；