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实验题目：焦利氏秤法测量液体的表面张力系数

实验目的：学习并掌握用焦利氏秤法测量表面张力的方法，加深对液体表面张力的理解。

实验器材：焦利氏秤、镊子、砝码、自来水、肥皂水、金属丝、金属圈、钢板尺

实验原理：1、表面张力系数的测定

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。

把金属丝AB弯成如图5.2.1-1(a)所示的形状，并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

F=mg+2F可得，F=。显然，表面张力F’是存在于液体表面上任何一条分

2

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=σl，式中σ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。

2、焦利氏秤的构造与使用

测定表面张力系数的关键是测定表面张力F’，用普通的弹簧秤是很难迅速测出液膜即将破

裂时的F’值，应用焦利氏秤克服了这一，可以方便的测量表面张力F’。

（1）焦利氏秤的构造

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，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砝码盘组成。带镜子的挂钩从平衡指示玻璃管

内穿过，且不与玻璃管相碰。

（2）焦利氏秤的特点

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。