大连海洋大学：《大学物理实验》课程教学资源（讲义）液体表面张力系数的测定

液体表面张力系数的测定实验目的实验仪器实验原理实验步骤思考题数据处理大连海洋大学物理实验室

液体表面张力系数的测定 实验目的 实验仪器 实验原理 实验步骤 数据处理 思考题

√实验目的1.了解焦利氏秤测微小力的原理、结构和方法。2.学习拉脱法测定水的表面张力系数。3.掌握用逐差法处理数据。4.了解弹簧平衡位置的选取对所研究问题的作用大道海洋太#理实版蜜

¾实验目的 1.了解焦利氏秤测微小力的原理、结构和方法。 2.学习拉脱法测定水的表面张力系数。 3.掌握用逐差法处理数据。 4.了解弹簧平衡位置的选取对所研究问题的作用

实验重点与难点重点：(1)焦利氏秤独特的设计原理。(2）测量时要保证”三线对齐”，即小镜中的指示横线，平衡指示玻璃管上的刻度线和镜象三者对齐。难点：液体表面张力产生的原因。大道海洋大学福理实监室

实验重点与难点 z 重点： （1）焦利氏秤独特的设计原理。 （2）测量时要保证”三线对齐”, 即小镜中的指示横 线,平衡指示玻璃管上的刻度线和镜象三者对齐。 z 难点： 液体表面张力产生的原因

>实验仪器粥金属杆1.焦利氏秤；菜口2.金属丝框；森淼靓线镜子A3.法码；砖码盘4.烧杯；TT平台5. 水。旋钮C大道海洋大福理实验室

¾实验仪器 1. 焦利氏秤； 2. 金属丝框； 3. 法码； 4. 烧杯； 5. 水

>实验原理1.表面张力与表面张力系数表面张力是液体表面的重要特性，它类似于固体内部的拉伸应力，这种应力存在于极薄的表面层内。是液体表层内分子力作用的结果。液体表面层的分子有从液面挤入液内的趋势，从而使液体有尽量缩小其表面的趋势，整个液面如同一张拉紧了的弹性薄膜，我们把这种沿着液体表面，使液面收缩的力称为表面张力。作用于液面单位长度上的表面张力，称为液体的表面张力系数。设想在液体表面上画一条直线，直线两旁的液膜之间存在着相互作用的拉力，力的方向和所画直线垂直，其大小与所画直线的长成正比，即：f=gL大道海洋大隆物理实验宝

¾实验原理 1.表面张力与表面张力系数： 表面张力是液体表面的重要特性，它类似于固体内部 的拉伸应力，这种应力存在于极薄的表面层内。是液体表 层内分子力作用的结果。液体表面层的分子有从液面挤入 液内的趋势，从而使液体有尽量缩小其表面的趋势，整个 液面如同一张拉紧了的弹性薄膜，我们把这种沿着液体表 面，使液面收缩的力称为表面张力。作用于液面单位长度 上的表面张力，称为液体的表面张力系数。 设想在液体表面上画一条直线，直线两旁的液膜之间 存在着相互作用的拉力，力的方向和所画直线垂直，其大 小与所画直线的长成正比，即： f＝σL

2.表面张力系数的测定将一表面洁净的矩形细金属丝框浸入被测液体内，矩形细金属丝框的中点挂在焦利秤弹簧上，使矩形细金属丝框的横边恰好处于液面位置时定为弹簧的平衡位置。然后将烧杯慢慢地下移，可看到金属丝带起一层液膜，与此同时弹簧被拉长。当薄膜刚好破裂时，矩形细金属丝框的受力为：F=mg+f，则表面张力系数为F-mg2(L + d)(b)大道海洋大隆物理实出宝

2.表面张力系数的测定： 将一表面洁净的矩形细金属丝框浸入被测液体内，矩形细 金属丝框的中点挂在焦利秤弹簧上，使矩形细金属丝框的横边 恰好处于液面位置时定为弹簧的平衡位置。然后将烧杯慢慢地 下移，可看到金属丝带起一层液膜，与此同时弹簧被拉长。当 薄膜刚好破裂时，矩形细金属丝框的受力为：Ｆ＝mg＋f，则 表面张力系数为： 2(L d ) F mg + − σ =

>实验步骤1.按图安装好仪器，挂好弹簧，调节三脚底座上的螺丝，使金属管、竖直弹簧互相平行，转动旋钮使三线对齐，读出游标0线对应在杆上刻度的数值L。。2.测量弹簧的偏强系数K。依次将质量为m的相同码加在下盘内。转动旋钮，每次都重新使三线对齐，分别记下游标0线所指示在杆上的读数Lo、L1、L2、L?，用逐差法求出弹簧的强系数。K,=4mg/ (L4-Lo）；Kz=4mg/ (Ls-Li) ;K,=4mg/ (Lg-L2）;K4=4mg/ （L-L3）。K= (Ki+K2+.. +K4) / 4大道海洋太学地理实监室

¾实验步骤 K 1.按图安装好仪器，挂好弹簧，调节三脚底座上的螺丝，使 金属管、竖直弹簧互相平行，转动旋钮使三线对齐，读出游 标0线对应在杆上刻度的数值L0 。 2.测量弹簧的倔强系数K。依次将质量为m 的相同砝码加在 下盘内。转动旋钮，每次都重新使三线对齐，分别记下游标 0线所指示在杆上的读数L0、L1、L2、.L7 ，用逐差法求出 弹簧的倔强系数 。 K1＝4mg/（L4－L0）； K2＝4mg/（L5－L1）； K3＝4mg/（L6－L2）； K4＝4mg/（L7－L3）。 ＝（K1＋K2＋.＋K4）/ 4

3.测（F一mg）值。将U形金属丝框挂在码盘下端，使三线对齐，记下此时指示杆上读数So。把装有蒸馏水的烧杯置于平台上，调节平台位置，使金框浸入水中，使平台缓缓下降，由于水的表面张力作用，上面已调好的三线对齐状态受到破坏，需要重新调整。然后再使平台下降一点，重复刚才的调节，直到平台稍微下降，金属框脱出液面为止，记下此时指示杆上读数S，算出（S一S.）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（S一So）的平均值。此时有F-mg=K(S-S.)，从而得出K(S-S.)2(L+d)4.用卡尺测出L、d值，将数据代入上式中即可算出水的。值。惠测量水的温度，可查出此温度下水的标准值。。，并做比较。大道海洋太学营理实出室

2( ) ( )0 L d K S S + − σ = ( ) F − mg = K S − S0 3.测（F－mg）值。 将U形金属丝框挂在砝码盘下端，使三线对齐，记下此时指示杆 上读数S0 。把装有蒸馏水的烧杯置于平台上，调节平台位置，使金 属框浸入水中，使平台缓缓下降，由于水的表面张力作用，上面已 调好的三线对齐状态受到破坏，需要重新调整。然后再使平台下降 一点，重复刚才的调节，直到平台稍微下降，金属框脱出液面为 止，记下此时指示杆上读数S，算出（S－S0）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（S－S0）的平均值。 此时有 ，从而得出 4.用卡尺测出 L、d 值，将数据代入上式中即可算出水的σ值。再 测量水的温度，可查出此温度下水的标准值σ0 ，并做比较

>数据处理液体表面张力系数的测定数据记录及处1.弹簧佩强系数的测定平均水温：T=?2.水的表面张力系数的测定实验SS-SO次数N/m(cm）cmcmmmcm23 =(g, +0, +g,)/3E。=0。-/α7大道海洋大学物理实出宝

液体表面张力系数的测定数据记录及处 1.弹簧倔强系数的测定. 2.水的表面张力系数的测定 平均水温：T= ℃ 3 2 1 σ N/m D (mm) L (cm) S-S 0 (cm) S (cm) S 0 (cm) 实验 次数 ¾数据处理 σ = ( ) σ 1 + σ 2 + σ 3 3 Eσ = σ 0 − σ σ 0

>思考题1.用拉脱法测量液体的表面张力系数，测金属丝框L时，应测它的内宽度还是外宽度？为什么？与哪些因素有关？答：应测它的外宽度，因为表面张力与液膜的周界面成正比。2.用拉脱法测量液体的表面张力系数，在拉膜的过程中应注意什么？金属丝框出水面时必须做到什么？答：要注意使“三线对齐”且金属丝框拉出水面时必须做到保持水平。大道海洋大学理实监室

¾思考题 1. 用拉脱法测量液体的表面张力系数，测金属丝框L时，应 测它的内宽度还是外宽度？为什么？与哪些因素有关? 答：应测它的外宽度，因为表面张力与液膜的周界面成 正比。 2. 用拉脱法测量液体的表面张力系数，在拉膜的过程中应 注意什么？金属丝框出水面时必须做到什么？ 答：要注意使“三线对齐”且金属丝框拉出水面时必须 做到保持水平