液体表面张力系数的测定报告

液体表面张力系数的测定实验报告模板【实验目的】1．了解水的表面性质，用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。2．学会使用焦利氏秤测量微小力的原理和方法。【实验仪器】焦利秤，砝码，烧杯，温度计，镊子，水，游标卡尺等。【实验原理】液体表面层内分子相互作用的结果使得液体表面自然收缩，犹如紧张的弹性薄膜。由于液面收缩而产生的沿着切线方向的力称为表面张力。设想在液面上作长为L的线段，线段两侧液面便有张力f相互作用，其方向与L垂直，大小与线段长度L成正比。即有：f＝L（1）比例系数称为液体表面张力系数，其单位为Ｎm-1。将一表面洁净的长为Ｌ、宽为d的矩形金属片（或金属丝）竖直浸入水中，然后慢慢提起一张水膜，当金属片将要脱离液面，即拉起的水膜刚好要破裂时，则有F＝mg＋f（2）式中Ｆ为把金属片拉出液面时所用的力；mg为金属片和带起的水膜的总重量；f为表面张力。此时，f与接触面的周围边界2（L＋d）,代入（2）式中可得2()FmgLd（3）本实验用金属圆环代替金属片，则有)(21ddmgF（4）式中d1、d2分别为圆环的内外直径。实验表明，与液体种类、纯度、温度和液面上方的气体成分有关，液体温度越高，值越小，液体含杂质越多，值越小，只要上述条件保持一定，则是一个常数，所以测量时要记下当时的温度和所用液体的种类及纯度。【实验步骤】1．安装好仪器，挂好弹簧，调节仪器至符合实验要求。调整小游标的高度使小游标左侧的基准线大致对准指针，锁紧固定小游标的锁紧螺钉，三线对齐后，读出游标０线对应刻度的数值Ｌ0。2．测量弹簧的倔强系数K。依次增加1.0g砝码，即将质量为1.0g，2.0g，3.0g，…9.0g的砝码加在下盘内。三线对齐后分别读出每次示数L1、L2、…L9；再逐次减少1.0g砝码，同样的，分别记下游标０线所指示的读数、、…，取二者平均值，用逐差法求出弹簧的倔强系数。即'2iiiLLL(5)4501()5iiiiLLL(6)5gKL（7）3．测（F－mg）值。将洁净的金属圆环挂在弹簧下端的小钩子上，调整小游标的高度使三线对齐，记下此时游标０线指示读数S0。将金属片浸入水中，转动平台旋钮使平台缓缓下降，金属圆环刚好脱出液面为时，记下此时游标０线所指示的读数S，算出ΔS=S－S0的值，即为在表面张力作用下，弹簧的伸长量，重复测量五次，求出平均值求出平均值S，此时有FmgfKS（8）式中K为（8）式中所示弹簧的倔强系数，将（8）代入（4）式中可得12()KSddapD=+（9）4．用卡尺测出d1、d2值，将数据代入（9）式中即可算出水的值。再记录室温，可查出此温度下蒸馏水的标准值，并做比较。实验时应注意以下几点：（1）由于杂质和油污可使水的表面张力显著减小，所以务必使蒸馏水、烧杯、金属片保持洁净。实验前要对装蒸馏水的烧杯、金属圆环进行清洁处理，依次用NaOH溶液→酒精→蒸馏水将以上用具清洗干净，烘干后备用。（2）清洁后的用具，切勿用手触摸，应有镊子取出或存放。(3)测量S时要避免水膜提前破裂，否则实验误差较大，其中引起水膜提前破裂的因素有：桌面的震动，空气的流动，金属圆环底部不水平等。【数据处理】1.用逐差法计算弹簧的倔强系数K（实验温度：180C）砝码数增重读数(mm)减重读数(mm)平均数iL(mm)iiLL-5(mm)0249.16249,16249.1615.051252.16252.18252.1714.962255.20255.24255.2215.033258.12258.14258.1315.124261.18261.14261.1615.155264.22264.20264.216267.18267.08267.137270.28270.22270.258273.26273.24273.259276.30276.32276.31450115.0514.9615.0315.1215.15(-)=15.0655iiiLLL）-3559.8==15.0610gKL3.27×10³222222LLL/(51)0.01+0.1+0.03+0.06+0.09/(51)=0.038i0.95L=1.2040.038=0.046Atn=0.021.05Bmm2222=0.0460.02=0.050LAB2．计算液体表面张力f次数初始位置S0(mm)水膜破裂时读数Si(mm)ΔS=Si－S0(mm)S(mm)1230.20235.205.004.962230.28235.285.003230.26235.204.944230.20235.104.905230.24235.184.94222222SSS/(51)0.04+0.04+0.02+0.06+0.02/(51)=0.02iS95.0ntA0.02405.1仪B0.02mm2222S=0.0240.02AB=0.033.金属环外、内直径的测量(本实验直接给学生结果)平均值(mm)d134.92d233.121232704.96()34.92+33.12KSdd=75.883．计算表面张力系数及不确定度22KL22-3-5g-59.8=0.05=0.01L15.06102S212K21)(K)(ddddS0.464.表面张力系数的理论值：33(75.50.15)10/72.810/tNmNm【误差分析】1.金属圆环不水平，仪器底座不水平2.仪器未调零，表面张力系数测定仪不稳定3.拉脱过程不匀速，拉脱速度过快4.圆环底部没有浸没到水中，圆环不稳定（晃动）5.圆环直径测量不准确【思考题】1.用焦利称测量微小力的依据是什么？答：如果我们在砝码托盘上加X克砝码,弹簧伸长了某一长度,细金属杆上镜中的标线即向下移动,此时三线不再重合.转动旋钮使管向上移动,因而细金属杆也随之向上移动.当三线又重合时,在管及管的游标上可读出第二个读数,该读数与第一个读数这差就是弹簧在增加X克重量时所伸长的长度。2．金属圆环浸入水中，然后轻轻提起到底面与水面相平时，试分析金属圆环在竖直方向的受力。答：竖直向下的重力，液体表面张力沿竖直方向向下的分力，弹簧拉力3．分析（2）式成立的条件，实验中应如何保证这些条件实现？答：（2）式在欲脱离水膜而又恰未脱离的极限状态时成立，应该保证金属圆环水平拉出水面4．本实验中为何安排测（F—mg），而不是分别测F和mg？答：因为直接测F比较麻烦，而且F改变得较小，可能需要力传感器，实现起来不方便也不简单。5.本实验影响测量的主要因素有哪些？这些因素使偏大还是偏小？答：实验表明，与液体种类、纯度、温度和液面上方的气体成分有关，液体温度越高，值越小，液体含杂质越多，值越小，只要上述条件保持一定，则是一个常数，附实验原始数据：