大學(xué)物理實驗實驗5液體的表面張力測量實驗報告

物理實驗原始數(shù)據(jù)記錄專業(yè)班級實驗日期學(xué)號姓名—實驗臺號表4-1-1U型框的寬度和厚度測量數(shù)據(jù)卡尺_(dá)0.02mm"螺_0.004_mm測量序號U形框?qū)挾萳/mmU形框厚度d/mm144.100.793244.000.790344.200.791444.100.793平均值l、d/mm44.1000.7930_標(biāo)準(zhǔn)差s（l、d）/mm0.07120.00212表4-1-2金屬圓環(huán)內(nèi)外徑測量數(shù)據(jù)A=卡尺0.02mm測量序號外徑R/mm內(nèi)徑r/mm122.2021.00222.0019.90322.1219.98422.1019.96平均值R\r/mm22.11020.210度準(zhǔn)差s（R、r）/mm0.07100.4571表4-2彈簧勁度系數(shù)測量數(shù)據(jù)（逐次伸長讀數(shù)）

焦利秤氣=0.1焦利秤△焦，0.1 mm砝碼質(zhì)量m=4mg實驗室給出常、.。焦利秤氣=0.1\項目讀數(shù)、增加砝碼減少砝碼平均讀數(shù)xi讀數(shù)逐差x—x計_ —算Ax=xi+3一xi3平些值A(chǔ)標(biāo) 準(zhǔn) 差_ ，￡(Ax-Ar)2s(Ax)=JV3(3-1)x1106.8106.8106.8x一x16.95.305.4200.128x2112.2112.2112.2x3117.8117.8117.8x一x一16.15.37x4122.9122.5122.7x5128.4128.2128.3x一x一16.85.60x6134.6134.6134.6表4-3U型框表面張力系數(shù)的測定焦利秤A=焦 0?1亳刀用砝碼個數(shù)一測量次數(shù)初讀數(shù)s/mm 0 末讀數(shù)s/mm伸長量As=s一so蘭均值A(chǔ)s/mm標(biāo)準(zhǔn)差s(As)1101.6110.58.98.500.7322109.88.23109.07.44110.08.45111.29.6表4-4金屬圓環(huán)表面張力系數(shù)的測定測量次數(shù)初讀數(shù)s/mm末讀數(shù)s/mm伸長量As=s一s 0—均值A(chǔ)s/mm標(biāo)準(zhǔn)差s(As)121.431.29.89.700.236231.09.6331.510.1431.09.6530.89.4mm用砝碼個數(shù)一大學(xué)物理實驗報告實驗名稱 實驗名稱： 液體的表面張力測量實驗時間：實驗名稱： 液體的表面張力測量實驗時間：2020..6.8小組成員：張振勇 實驗地點：虛擬實驗平臺實驗?zāi)康模毫私饨估铣拥慕Y(jié)構(gòu)及使用方法。掌握U型框和圓環(huán)在液體表面的受力模型掌握用焦利氏秤法測表面張力系數(shù)的原理和方法。儀器、設(shè)備和材料：焦利氏秤及組件、燒杯、游標(biāo)卡尺、螺旋測微器、待測液體、U型框、圓環(huán)、鑷子、法碼、法碼盤。實驗原理：液體表面層內(nèi)分子所處的環(huán)境與液體內(nèi)部的分子不同。由于液面上方的氣相層的分子數(shù)很少，表面層內(nèi)每一個分子所受到的向上的引力比向下的引力小，因此合力垂直于液面并指向液體內(nèi)部，所以分子有從液面擠入液體內(nèi)部的傾向，并使液體表面自然收縮，直到處于動態(tài)平衡。圖4-1圖4-1薄金屬片受力與金屬假若我們把一塊表面潔凈的焉鋼糖意圖浸潤液體中，則其附近的液面將出現(xiàn)如圖4-1所示的形狀。由于液面收縮而產(chǎn)生沿著液面切線方向的力稱為表面張力F，表面張力匕與薄鋼片的夾角稱為接觸角a，當(dāng)緩緩拉出鋼片時，接觸角a逐漸減小而趨于零。因此表面張力的方向垂直向下。在鋼片脫離液體前各力平衡的條件為：F=mg+F (4-1)t式中，F(xiàn)是將薄鋼片拉出液面時所施的外力，mg為薄鋼片和它所沾附的液體的總重量。薄鋼片與液體接觸的周界長為：L=2(1+d)而表面張力F與L成正比，即tF=bL=2b(1+d) (4-2)t式中：比例系數(shù)b稱為表面張力系數(shù)，數(shù)值等于作用在液體表面單位長度上的力。單位為N-m-1。將(4-2)代入(4-1)可得:(4-3)F—mg

2(/+d)(4-3)表面張力系數(shù)c與液體的種類、純度、溫度和它上方的氣體成分有關(guān)。實驗表明，液體的溫度愈高，c值愈??；所含雜質(zhì)越多，c值也越小，只要上述條件一定，c是一個常數(shù)。假若我們把一個表面潔凈的金屬圓環(huán)浸于浸潤液體中時，則圓環(huán)微小長度范圍內(nèi)附近的液面也將出現(xiàn)如圖4-l所示的形狀。由于液面收縮而產(chǎn)生沿著液面切線方向的力稱為表面張力F，表面張力匕與圓環(huán)的夾角稱為接觸角a，當(dāng)緩緩拉出圓環(huán)時，接觸角a逐漸減小而趨于零。因此表面張力的方向垂直向下。在圓環(huán)脫離液體前各力平衡的條件為：F=mg+F (4-4)t式中，F(xiàn)是將圓環(huán)拉出液面時所施的外力，mg為圓環(huán)和它所沾附的液體的總重量。圓環(huán)與液體接觸的周界長為：L=兀(R+r)式中，R、r分別是圓環(huán)內(nèi)外直徑。而表面張力F與L成正比，即tF=cL=cn(R+r) (4-5)t式中：比例系數(shù)c稱為表面張力系數(shù)，數(shù)值等于作用在液體表面單位長度上的力。單位為N-m-1。將(4-5)代入(4-4)可得:(4-6)F—mg(4-6)兀(R+r)焦利氏秤是一個精細(xì)的彈簧秤，常用于測量微小的力，其結(jié)構(gòu)如圖4-7-2所示。在直立的可以上下移動的金屬桿A的橫梁上，懸一根塔形的細(xì)彈簧S，彈簧下端掛一個刻有水平線的小平面鏡C，小鏡下端有一鉤子，用來懸掛砝碼盤或金屬框。小鏡子懸在刻有水平線的玻璃管D的中間，帶刻度的金屬桿A套在金屬空管B內(nèi)，空管上有游標(biāo)H和可上下移動的平臺E及裝有玻璃管的支架，平臺的上下移動可用平臺下端的螺旋F來調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)動旋鈕G可使金屬桿A上下移動，因而也就調(diào)節(jié)了彈簧的升降，彈簧上升或下降的距離由主尺(金屬桿A)和游標(biāo)來確定。使用時，應(yīng)調(diào)節(jié)旋鈕G，使小鏡上的線、玻璃管上的線及它在小鏡中的像三者重合，即“三線對齊”，用這種方法可保證彈簧下端的位置是固定的。根據(jù)胡克定律，在彈性限度內(nèi)，彈簧的仲長量AL與所加外力成正比。即F=kM。式中：k為彈簧的勁度系數(shù)。對于一個特定的彈簧，k值是一定的。如果我們將已知重量的砝碼加在砝碼盤中，測出彈簧的伸長量，由上式即可算出k值：這一步稱為焦利氏秤的校準(zhǔn)；焦利氏秤校準(zhǔn)后，只要測出彈簧的伸長量，就可求出作用于彈簧上的外力F。圖4-2焦利氏秤及組件示意圖實驗內(nèi)容儀器安裝調(diào)試及基本測量。從元件盒中輕輕取出彈簧（切忌用力拉彈簧）、小鏡、砝碼盤等，裝上焦利氏秤，調(diào)節(jié)三腳支架的底座螺旋，使小鏡C懸在玻璃中央；調(diào)節(jié)升降旋鈕G,使“三線對齊”，此步驟本實驗過程均已經(jīng)在程序中完成.本實驗中溫度設(shè)定為24攝氏度，金屬u型框200mg,金屬圓環(huán)600mg.用游戲標(biāo)卡尺測量U型框的寬度1、金屬圓環(huán)的內(nèi)外徑R,r；用螺旋測微器測量U型框的厚度d.測定彈簧勁度系數(shù)k在砝碼盤中加入元件盒中給定的500mg的砝碼，彈簧仲長，調(diào)節(jié)升降旋鈕上升使“三線對齊”，記下此時的游標(biāo)零線所指示的米尺讀數(shù)，依次加至1000mg、1500mg3000mg砝碼：每加一次砝碼，都重新調(diào)到“三線對齊”，分別記下各次讀數(shù)氣,氣……七，然后再每次取下500mg，直至將砝碼全部取下，每取一次仍調(diào)到“三線對齊”，記下x',x'……x，。_6 5 1求出同一負(fù)荷下的平均值無；用逐差法處理數(shù)據(jù)，求出勁度系數(shù)的平均值K。兩種方法測定液體的表面張力⑴、將U型框用酒精仔細(xì)洗凈，以除去油污。然后將其掛在砝碼盤下端的掛鉤上，轉(zhuǎn)動升降旋鈕G，使其“三線對齊”，記下游標(biāo)零線所指示的米尺讀數(shù)S。。⑵、將盛有液體的燒杯置于平臺上，使U型框剛剛浸沒在液體中。轉(zhuǎn)動平臺下面的螺旋F，使平臺緩緩下降。因表面張力作用在U型框上，小鏡上的水平線也隨之下降；因此重

新調(diào)節(jié)升降旋鈕使彈簧連同小鏡稍稍上升，使三線對齊?！白笫滞仙?，右手往下降，眼睛只盯三線齊”。然后再使平臺下降一點，重復(fù)上述調(diào)節(jié)。直到U型框脫出液面前始終保持“三線對齊”，記下U型框脫出液面前瞬間游標(biāo)零線所指示的米尺讀數(shù)S1。⑶、再重復(fù)測量4次，求出平均伸長量，瓦=(S-S0)貝上F-mg=K(S-S0)⑷、用游標(biāo)卡尺測出U型框?qū)扡、d。重復(fù)四次，求出平均值(當(dāng)d很小時可不計)。⑸、將所測數(shù)據(jù)填入表格中。(6)金屬圓環(huán)法測量液體表面張力時的測量過程同上。數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理1、U型框?qū)挾燃昂穸鹊臏y量測定表4-1-1U型框的寬度和厚度測量數(shù)據(jù)卡尺0.02mm小螺 0.004mm測量序號U形框?qū)挾萳/mmU形框厚度d/mm144.100.793244.000.790 3 44.20 0.791 4 44.10 0.793平均值l、d/mm44.1000.7930_標(biāo)準(zhǔn)差s(l、d)/mm0.07120.002121的不確定度：說()=0.019mm門形框?qū)挾龋?"頊(l)=(44.100 ±-0.010—)mmd的不確定度：u(d)=Q.010 mm門形框厚度：d=d±u(d)=(0.790 ±-0.011—)mm金屬圓環(huán)內(nèi)外徑的測量測定表4-1-2金屬圓環(huán)內(nèi)外徑測量數(shù)據(jù)A=卡尺0.02mm測量序號外徑R/mm內(nèi)徑r/mm122.2021.00222.0019.90 3 22.12 19.98422.1019.96平均值R\r/mm22.11020.210標(biāo)準(zhǔn)差0.07100.4571

s(R、r)/mmR的不確定度：u(R)=0.015mm圓環(huán)外徑：R=R±u(R)=(22.085 ±-0.009——)mm+一—0.020—)mmr的不確定度：u(r)+一—0.020—)mm圓環(huán)內(nèi)徑：r=r土u(r)=(200122、彈簧勁度系數(shù)的測彈簧逐次伸長讀數(shù)實驗室給出'm彈簧逐次伸長讀數(shù)實驗室給出'm 0.05mg焦利秤△律=C1 砝碼質(zhì)量m=焦0.1mm -500—mg項目讀數(shù)\增加砝碼減少砝碼平均讀數(shù)xi讀數(shù)逐差x-x計——算Ax=氣+3一氣3平均值A(chǔ)標(biāo) 準(zhǔn) 差_仔(Ax-Ax)；s(Ar)=11 3(3-1)x1106.8106.8106.8x一x16.95.305.4200.128x2112.2112.2112.2x3117.8117.8117.8x一x16.15.37x4122.9122.5122.7x5128.4128.2128.3x一x=16.85.60x6134.6134.6134.6⑴、*的計算±業(yè)4)m)mg=(500±0.04)kg瓦的不確定度：u國±業(yè)4)m)mg=(500±0.04)kg&的測量結(jié)果：電=Ax土"心=(5.33—± —)mm=(5.33砝碼質(zhì)量：m=m+u(m)=m±Am-(旦」土皿⑵、彈簧勁度系數(shù)k的計算勁度系數(shù)的實驗值：k=籍Ax 0.917—N/m相對不確定度：綁：'(痔)2+(心2k''電m0.018

不確定度：u(k)=(;)-k=k -0.018一N/m勁度系數(shù)測量結(jié)果：k=k+u(k)=(0.924 土0.014 )N/m (p=0.683)3、U型框法表面張力系數(shù)的測定表4-3U型框表面張力系數(shù)的測定焦利秤A 用砝碼個數(shù) 0焦0.1 mm測量次數(shù)初讀數(shù)s/mm 0 末讀數(shù)s/mm伸長量As=s一s0^均值A(chǔ)s/mm標(biāo)準(zhǔn)差s(As)1101.6110.58.98.500.7322109.88.23109.07.44110.08.45111.29.6⑴、氏的計算氏的不確定度:盡測量的結(jié)果:⑵、表面張b的測量值：蒞相對不確定度：不確定度：u(b表面張力系數(shù)的相對誤差：E=r4、金屬圓環(huán)u(As)=yju(As)2+u(As)2=010As=As土u(As)=(850土0.0S力系數(shù)b的計算(由于U型框厚度d與F-mg k-As2 2 0.0750N/mmmJmm寬度/之比很小，故略去厚度d)0.0221±0.0009——)N/m (p=0,683)發(fā)的測定碼個數(shù)0心=l(冬2+(些)2+(四)2b\k A l、汗u(b))=b-(—)=b 0.0216N/m測量結(jié)果：b=b±u(b)=(0.0699:性2-too/=b 0_^%E法表面張力系數(shù)的測定表4-4金屬圓環(huán)表面張力系，焦利秤A=cq 用砝4焦0.1mm測量次數(shù)初讀數(shù)s/mm 0 末讀數(shù)s/mm伸長量As=s一s0^均值A(chǔ)s/mm標(biāo)準(zhǔn)差s(As)121.431.29.89.700.236231.09.6331.510.1431.09.6530.89.4

⑴、氏的計算 氏的不確定度：u(As)=.、：'"(As)2+u(As)2=a b 0.21mmAs測量的結(jié)果：As=As±u(As)=(9 ±?_ ⑵、表面張力系數(shù)b的計算__F-mgk-Asb的測量值：b= =?…=N/m相對不確定度：位.-'(哄)