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大学物理实验中心大学物理实验中心

大学物理实验试做报告

实验试做日期：2008年3月3日

实验试做时间：时分

实验试做人：马亚林

实验名称液体表面张力系数测定

一．实验目的

1．学习用硅压阻力敏传感器测量微小力的原理及方法；

2．用拉脱法测定液体的表面张力系数；

3．测出硅压阻力敏传感器的灵敏度。

二．实验仪器

FD-NST-I型液体表面张力系数测定仪、垂直调节台、硅压阻力敏传感器、Φ3.496cm铝合金吊环、0.5g砝码7只、吊盘、Φ12cm玻璃皿、镊子钳等

三．实验原理

1．现象

液体的表面有收缩的趋势，象张紧的弹性薄膜一样。如图5-1中的肥皂薄膜，如果将滑动细丝下面的肥皂薄膜刺破，由于膜的收缩，可滑动的细丝被拉上去。这说明液体表面内存在一种张力。

2．液体表面张力(f)

由表面收缩而产生液面切线方向的力叫表面张力。

3．测液体表面系数的方法

用拉脱法测液体表面张力系数，如图5-2。

f∝2（l+d），

→f＝2δ（l+d），

δ称为表面张力系数，液体温度越高，δ值越小；所含杂质越多，δ值也越小，只要上述条件保持一定，δ就是一个常数。由钢片受力情况分析可以测得表面张力系数δ。

当钢片脱离液体前瞬间，其受力平衡条件为：

F=mg+f（5-1）

将表面张力f代入式（5-1），则表面张力系数：

δ=（5-2）

式中F为薄钢片所受外力；mg为薄钢片所受重力；l为薄钢片长度；d为薄钢片厚度。

实验中我们使用的是一个金属圆环，将它固定在传感器上，将该环浸没于液体中，并渐渐拉起圆环，当它从液面拉脱瞬间传感器受到的拉力差值f为

f=π（D1+D2）α（5-3）

式中：D1、D2分别为圆环外径和内径，α为液体表面张力系数，g为重力加速度，所以液体表面张力系数为：

α=f/[π（D1+D2）]（5-4）

由（5-3）式，得液体表面张力

f=（U1－U2）/B（5-5）

B为力敏传感器灵敏度，单位V/N。

四．实验内容

1．开机预热。

2．清洗玻璃器皿和吊环。

3．在玻璃器皿内放入被测液体并安放在升降台上。

4．将砝码盘挂在力敏传感器的钩上。

5．若整机已预热15分钟以上，可对力敏传感器定标，在加砝码前应首先对仪器调零，安放砝码时应尽量轻。

6．换吊环前应先测定吊环的内外直径，然后挂上吊环，在测定液体表面张力系数过程中，可观察到液体产生的浮力与张力的情况与现象，在顺时针转动升降台大螺帽时液体液面上升，当环下沿部分均浸入液体中时，改为逆时针转动该螺帽，这是液面往下降（或者说相对吊环往上提拉），观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象。特别应注意吊环即将拉断液柱前一瞬间数字电压表读数值为U1，拉断时瞬间数字电压表读数为U2。记下这两个数值。

五．实验数据记录与处理

1．硅压阻力敏传感器定标

力敏传感器上分别加各种质量的砝码，测出相应的电压输出值：

物体质量m/g

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

输出电压V/mV

用最小二乘法拟合得仪器的灵敏度B=mV/N，拟合的线性相关系数r=。

（重力加速度g=9.794m/s2）。

2．水和其他液体表面张力系数的测量

用游标卡尺测量金属圆环：外径D1=cm，内径D2=cm。

调节上升架，记录环在即将拉断水柱时数字电压表读数U1，拉断时数字电压表的读数U2，

纯水的表面张力系数测量

测量次数

U1/mV

U2/mV

ΔU/mV

f/×10-3N

α/×10-3N/m

1

2

3

4

5

6

在此温度下水的表面张力系数为×10-3N/m，相对误差为

（T=24.3℃时水的表面张力系数为72.14×10-3N/m。）

乙醇的表面张力系数测量

测量次数

U1/mV

U2/mV

ΔU/mV

f/×10-3N

α/×10-3N/m

1

2

3

4

5

6

在此温度下乙醇的表面张力系数为×10-3N/m，相对误差为

（T=25.2℃时乙醇的表面张力系数为21.95×10-3N/m。）

误差分析：

1．所测液体不纯；2．升降台转动时液面存在波动；3．内外径测量存在误差；

4．