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1、实验二、用拉脱法测定液体的表面张力系数液体表层厚度约10-iom内的分子所处的条件与液体内部不同，液体内部每一分子被周围其它分子所包围，分子所受的作用力合力为零。由于液体表面上方接触的气体分子，其 密度远小于液体分子密度，因此液面每一分子受到向外的引力比向内的引力要小得多，也就 是说所受的合力不为零，力的方向是垂直与液面并指向液体内部，该力使液体表面收缩，直 至达到动态平衡。因此，在宏观上，液体具有尽量缩小其表面积的趋势，液体表面好象一张 拉紧了的橡皮膜。这种沿着液体表面的、收缩表面的力称为表面张力。表面张力能说明液体 的许多现象，例如润湿现象、毛细管现象及泡沫的形成等。在工业生产和科学研究中
2、常常要 涉及到液体特有的性质和现象。比如化工生产中液体的传输过程、药物制备过程及生物工程 研究领域中关于动、植物体内液体的运动与平衡等问题。因此，了解液体表面性质和现象， 掌握测定液体表面张力系数的方法是具有重要实际意义的。测定液体表面张力系数的方法通 常有：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。本实验仅介绍拉脱法。拉脱法是一种直接测 定法。【实验目的】1. 了解FB737新型焦利氏秤实验仪的基本结构，掌握用标准砝码对测量仪进行定标的方 法；2. 观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象,并用物理学基本概念和定律进行分析和研究,加深对物理规律的认识。3. 掌握用拉脱法测定纯水的表面张力系数及
3、用逐差法处理数据。【实验原理】rld_图1液体的表面张力示意图1. 测量公式推导：当逐渐拉提冂形铝片框时，9角逐渐变小而 接近为零，这时所拉出的液膜前后两个表面的表 面张力f均垂直向下。设拉起液膜将破裂时的拉 力为F，则有F = (m + m) g + 2f(1)式中：m为粘附在框上的液膜质量，m0为线框 质量。因表面张力的大小与接触面周界长度成正 比，则有：2f = 2a (L + d)(2)比例系数a称表面张力系数，单位为N/m 。由1)，( 2)式得：3)F - (m + m ) ga =02(L + d)由于冂形铝片框很薄，被拉起的水膜很薄，m较小，可以将其忽略，且一般有L d, 那么
4、L + d沁L,于是(3)式可以简化为：F- m ga 二02L图2门型金属框测定表面张力示意图这样，K (S - S )2J2L5）2.用FB737新型焦利氏秤实验仪来测量F - m0 g值:FB737 新型焦利氏秤实验仪 相当 于一个精密的弹簧称，常用于测量微小 的力，根据胡克定理制作而成。如果测出冂形铝片框浸入液体时 弹簧下端位置的读数S，然后测出冂形1 铝片框被缓缓提起，在液膜被拉脱瞬间 弹簧下端位置的读数S，则有:2F - m g = K (S - S )0 2 1实验只需测出弹簧倔强系数K, S , S以及冂形铝片框的宽度L，便可由（5）式求得所测12液体的表面张力系数。实验仪器】
5、FB737新型焦利氏秤实验仪、水槽及平台升降调节装置等仪器功能分布简介1. 弹簧挂钩锁定螺钉；2. 弹簧；3. 游标位置细调滚花螺母；4. 带配重块的指针、吊钩；5. 带基准线平面镜。6. 確码托盘与底码； 麟：9. 可升降平台；10. 平台升降调节螺钉；n.弹簧挂钩；12. 仪器立杆与毫米刻度尺；13. 铅锤线；14. 带平面镜（刻线）游标装置；1乩游标粗调移动滑杆；16仪器底盘水平调节螺钉； 1二游标位置粗调锁定螺钉在背面h图3用拉脱法测定液体的表面张力系数的示意图【实验内容及步骤】1. FB737 新型焦利氏秤实验仪的定标:（1）按图3 安装好实验仪器并利用铅锤线调节仪器底座为水平状态；
6、（2）在主尺顶部安装1# 弹簧，再依次挂入带配重块的指针吊钩、砝码托盘，松开顶端挂钩 锁紧螺钉，旋转顶端弹簧挂钩，使小指针正好轻轻靠在平面镜上（注意:力度要适当，若靠 得太紧，可能会因摩擦太大带来附加的系统误差），以便准确读数。（3）调整小游标的高度使小游标平面镜的基准刻线大致对准指针，锁紧固定小游标的锁紧螺钉，然后调整视差，先让指针与镜子中的虚像重合，再细心调节小游标上的调节螺母， 使得小游标平面镜上的基准刻线、指针以及指针在镜子中的虚像三线重合。通过主尺和游 标尺读出读数（读数原理和方法与游标卡尺相同）。（4）然后在砝码托盘中放入0.500g砝码，再重复实验步骤（3）,读出此时指针所在的位
7、 置值。逐个放入7个0.500g砝码，通过主尺和游标尺依次读出每个砝码放入后小指针的位 置，再依次把这7 个砝码取下托盘，记下对应的位置值。（5）根据每次放入或取下砝码时弹簧所受的重力和对应的拉伸值，用逐差法计算弹簧的倔 强系数K。2用拉脱法测定液体的表面张力系数：（ 1）先将冂形铝片用镊子夹住用碱溶液清洗，以除去油污，再用清水洗去碱溶液。然后将 其挂于砝码盘下的小钩上。（ 2）调节游标位置，在“三线对齐”条件下，记录初读数 S1 。（3）在水槽中加满水（或其它液体）调节平台升降旋钮，将冂形铝片浸入液体中，先 把滚花螺母调节到靠近游标滑块的位置，以便水槽平台下降时，可以调节滚花螺母使游 标滑块
8、下降，满足调节“三线对齐”的要求。（4）缓慢地调节平台升降旋钮，使水槽缓慢地下降，门形铝片框逐渐被拉起（相对液体 平面而言），同时调节滚花螺母，使游标滑块指针跟踪下降，始终保持“三线对齐”（5）直到门形金属框与液面拉脱（直到水膜破裂为止），立即停止操作，记下 S 。2（6）重复以上步骤进行多次测量，记下每次读数S和S，分析S -S的离散性，取1 2 2i 1i相近的5组数据作为测量结果。（7）用游标尺或米尺测量冂形铝片框宽度L,重复5次，测量时要防止金属框变形。【数据与结果】1. 对实验仪进行定标，将测试数据记入表3,用逐差法求弹簧的倔强系数K ；2. 用拉脱法测量液体表面张力，记录弹簧的伸长
9、量5S。（1）数据记录参考表1 .用逐差法求仪器弹簧的屈强系数K（N / m）:数据记录表格先记录砝码盘等作为初读数x二10-3mm，然后每次增加一个砝码0m二500.00x 10-6kg，（该标准砝码符合国家标准，相对误差为0.005% ）表格3砝码质气增重读数减重读数x x + x()x :n0 3 m 丿等间距逐差：、0-3m丿-6 kg 丿x (10 -3 m)ix (10 -3 m)iA i 1 J 3 m /i2Sx x 一 xii+4i0.00Sx x - x140500.001000.00Sx x - x2511500.002000.008x= x - x3622500.003
10、000.008x = x - x4733500.008x = (5x + 8x + 8x + 8x )x为每500.00 x 10-6kg 对应的测定仪的 10-3m 读41234“ g m 数则K =(N / m)2. 用拉脱法测定S , S，计算液体的表面张力系数：12表格4 水温（室温）C A = 0.5 x 10-sm仪-.测量值次数.SS2伸长量8S = S - S2 1123452）数据处理方法：8S = -(5S +8S +8S )5125A = S2 + A8s8s仪于是：8S = 8S A8S3. 多次测量冂形框的宽度：l = l A l4 计算a及不确定度：最后，把结果表示为：-K 8Sa=25.对实验结果作出分析和评判：查出室温下水的表面张力系数a的理论值，以此值作为近似真值，求测量结果的误差并 与Aa比较。【思考题】1. 什么叫表面张力? 表面张力系数与哪些因素有关?2. 在推导测量公式3时,作了哪些近似?式中各量的物理意义是什么?3. 拉脱法的物理本质是什么?4. 若考虑拉起液膜的重量,实验结果应如何修正?温度t (C) t01020304050a (10 -2 N/m)7.5647.4227.2757.1186.9569.791
用拉脱法测定液体的表面张力系数实验
