焦利氏秤法测液体表面张力

实验报告26系 06级 姓名：王海亮 学号：PB06013232实验题目：焦利氏秤法测液体表面张力试验目的：在本实验中要着重学习焦利氏秤独特的设计原理，弁用它测量液体的表面张力 系数。了解表面张力的意义，表面张力描述了液体表层附近分子力的宏观表现。 学会用逐差法，画图法求弹簧秤的劲度系数。实验原理：1 .液体表层内分子力的宏观表现，使液面具有收缩的趋势。想象在液面上 划一条线，表面张力就表现为直线两侧的液体以一定的拉力相互作用。这种张 力垂直于该直线且与线的长度成正比，比例系数称为表面张力系数。图5'-J表面曜力示意图把金属丝AB弯成如图5.2.1-1(a所示的形状，弁将其悬挂在灵敏的测力计上, 然后把它浸到液体中。当缓缓提起测力计时，金属丝就会拉出一层与液体相连 的液膜，由于表面张力的作用，测力计的读数逐渐达到一最大值 F (超过此值， 膜即破裂)。则F应当是金属丝重力mg与薄膜拉引金属丝的表面张力之和。由 于液膜有两个表面，若每个表面的力为 F',则由F mg 2F'得 F '-一产一(D显然，表面张力 F'是存在于液体表面上任何一条分界线两侧间的液体的 相互作用拉力，其方向沿着液体表面，且垂直于该分界线。表面张力F'的大小与分界线的长度成正比。即F ' l(2)式中。称为表面张力系数，单位是N/m。表面张力系数与液体的性质有关， 密度小而易挥发的液体 。小，反之。较大；表面张力系数还与杂质和温度有关， 液体中掺入某些杂质可以增加g而掺入另一些杂质可能会减小(T；温度升高,表面张力系数°将降低。测定表面张力系数的关键是测量表面张力F'。用普通的弹簧是很难迅速测出液膜即将破裂时的 F的，应用焦利氏秤则克服了这一困难，可以方便地测 量表面张力F'。2 .焦利氏秤由固定在底座上的秤框、可升降的金属杆和锥形弹簧秤等部分组成，如图5.2.1-2所示。在秤框上固定有下部可调节的载物平台、作为平衡参 考点用的玻璃管和作弹簧伸长量读数用的游标；升降杆位于秤框内部，其上部 有刻度，用以读出高度，框顶端带有螺旋，供固定锥形弹簧秤用，杆的上升和 下降由位于秤框下端的升降钮控制；锥形弹簧秤由锥形弹簧、带小镜子的金属挂钩及祛码盘组成。带镜子的挂钩从平衡指示玻璃管内穿过，且不与玻璃管相焦利氏秤和普通的弹簧秤有所不同：普通的弹簧秤是固定上端，通过下端 移动的距离来称衡，而焦利氏秤则是在测量过程中保持下端固定在某一位置， 靠上端的位移大小来称衡。其次，为了克服因弹簧自重引起弹性系数的变化， 把弹簧做成锥形。由于焦利氏秤的特点，在使用中应保持让小镜中的指示横线、 平衡指示玻璃管上的刻度线及其在小镜中的像三者对齐，简称为三线对齐，作 为弹簧下端的固定起算点。实验内容：1确定焦利氏秤上锥形弹簧的劲度系数把锥形弹簧，带小镜子的挂钩和小祛码 盘依次安装到秤框内的金属杆上。调节支架底座的底脚螺丝，使秤框竖直，小镜子应正好位于玻璃管中间，挂钩上下运动时不致与管摩擦。(1)逐次在祛码盘内放入祛码，调节升降钮，做到三线对齐。记录升降杆的位置读数。数据如表所示m/s0.51.01.52.02.53.03.54.0x/cm3.063.554.044.454.945.405.876.34逐差法计算弹性系数-1 41b bj4 j 1 j 4X5X11c c4.94 3.065.4041.86cmmg kb 当 g10m/s2,2% X2 X7 X34 X43.555.87 4.046.34 4.4510 3 10 k 1.86 10 2,解得：k 1.07N/m用图形法求k:图线方程为：y =1.073x-2.8 ,所以劲度系数k=1.073N/m2.测量自来水的表面张力系数(1)用钢板尺测量金属圈的直径d12.27cm,d2 2.30cm,d3 2.29cm和金属丝两脚之间的距离 S1 3.40cm, S2 3.39cm,S3 3.37cmo(2)取下祛码，在祛码盘下挂上已清洗过的金属圈，仍保持三线对齐，记下升降杆读数l0=2.95cm。(3)把盛有自来水的烧杯放在焦利氏秤台上， 调节平台的微调螺丝和升降钮,使金属圈浸入水面以下。 缓慢地旋转平台微调螺丝和升降钮,注意烧杯下降和金属杆上升时，始终保持三线对齐。当液膜刚要破裂时,记下金属杆的读数。测量5次，取平均，计算自来水的表面张力系数和A类不确定ll 3.93cm,l2d标准差为: l标准差为：d(l)3.92cm,l3 3.96cm,l4 4.00cm,l5 3.96cm0.015cm,平均值为：d 2.29cm,0.031cm,l 3.95P 0.68 时:UA(d)1.32 0.015解得:解得：uA(Ua(1)1 -2k(l1.14 0.0312.95) d0.074N/mUa()0.001N/m1131150.011cm,0.016cm,2Ua(1)l l02UA(d)d同理：P0.950.99Ua( ) 0.003N/muA( )0.005N/m3.肥皂水的表面张力系数用金属丝代替金属圈，重新确定弹簧的起始位置l。，测量步骤同2。金属丝 宽度： s 3.40cm§ 3.39cm,S3337cmS 3.89cm(S) 0.015cm示数位置：10 9.09cm五次测量值为： 11 9.33cm,12 9.32cm,13 9.34cm,149.35cm,15 9.32cm平均值：1 9.33cm,标准差：(1) 0.013cm11k(1 1o) S解得肥皂水的张力系数 为： 0.033N/m2当 P=0.68： uA(S) 1.32 0.01510.011cmUA(1)1.14 0.0130.007Ua(Ua(1)解得A类不确定度为:uA( ) 0.001cm同理：P =0.95 时：Ua( ) 0.002cmP=0.99 时：ua( ) 0.004cm思考题1 .焦利氏秤法测定液体的表面张力有什么优点？答：(1)做成锥形克服因弹簧自重引起弹性系数的变化，减小了系统误差。(2)测定表面张力系数的关键是测量表面张力F'。用普通的弹簧是很难迅速测出液膜即将破裂时的 F的，应用焦利氏秤则克服了这一困难，可以方 便地测量表面张力F'。2.有人利用润湿现象设计了一个毛细管永动机(图5.2.1-3)。A管中液面高于B管，由连通器原理，B管下端滴水，滴水可以作功，水又回到槽内，成为永动机。试分析其谬误所在。答：这是虹吸现象，不是永动机.原因：(1)连通器两侧液面所受大气压强相等来实现的，当连通器两侧液面不等高时大气压强是不相等的,那么在大气压强的作用下，液体将从一侧流向另一侧 直到两侧液面大气压强相等为止.(2)虹吸作用也弁不完全是由大气压力所产生的，使液体向上升的力是液体 表面的张力，(3)在发生虹吸现象时，由於管内往外流的液体比流入管子内的液体多，两 边的重力不平衡，所以液体就会继续沿一个方向流动。(4)(5)(此文档部分内容来源于网络，如有侵权请告知删除，文档可自行编辑修改内容，供参考， 感谢您的配合和支持)(6)