表面张力系数测定中巧用液面成像原理确定横丝与液面相平.pdf

维普资讯 2005年第3期 物理通报 实验教学研究 表面张力系数测定中巧用液面成像原理 确定横丝与液面相平 苏 峻 (徐州师范大学物理系 江苏 徐州 221116) 是连续的． 1 引言 (2)当横丝被从液面中拉出，稍高于液面时(但 在许多普通物理实验教科书介绍 “拉脱法测量 未脱离液面)，由于液体表面张力的作用，横丝附 液体表面张力系数”实验的步骤中，都要先使金属 近的液面将呈现如图1所示的形状．假设液面的切 框上的横丝 “刚好和液面相平”…1．但是这些教科书 平面与水平面的夹角为0，则越靠近横丝角度越大 中都没有说明怎样才是 “刚好和液面相平”，即没有 (具体推导见文献[2])．这时直线将通过横丝两边 说明精确判断的方法．实验者就只能在实验中靠肉 的液面成像．设直线上 眼观察横丝与液面的相对位置来进行粗略的调节； 的A点通过横丝正下方 这就成了实验误差的主要来源之一．下面介绍巧妙 的液面成像，其所成的 利用液面成像的原理来精确调节横丝与液面相平的 像将被横丝遮掩．则 A 方法． 点附近的一段直线将通 过横丝附近的液面成 2 实验用具 像．如图 1所示，A点 实验中，原来所有的仪器和用具不变，只需在 左端附近的某点 将通 盛待测液体(例如水)的容器底部放置一条直线(笔 过横丝左边 的液面成 像．其发出的光线经过 图1 者在实验中采用的是直径 0．5mill的长铅笔芯)，并 使之与横丝成一角度．为了便于观察，这一角度最 左边倾斜的液面后将发生偏折．设其入射角为 ， 好在45~附近． 出射角为r，液体的折射率为 n，由折射定律可知 nsin = sinr 3 原理 从而求出 r=arcsin(nsini) 3．1判断横丝与液面相平的方法 所以可得偏折角 在拉脱法测量液体表面张力系数实验中，调节 口=r— =arcsin(nsini)一 金属框上的横丝与液面相平，实际上是为了使横丝 由于横丝附近的液面发生形变的区域很小，A 在初始位置时不受液体表面张力的作用．而要使横 点附近只有很小的一段直线通过倾斜的液面成像． 丝不受液体表面张力的作用，横丝附近的液面就应 所以可以近似认为这些点所发出的光线沿着同一方 不受横丝的影响而保持水平．这样，当横丝在液面 向射向液面．设这些光线与竖直方向的夹角为 ， 上时(未脱离液面，也未浸入液体中)，我们就可以