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液体表面张力系数的测定方法分析

摘要：表面张力是液体表面的一个重要的物理特性，表面张力系数是描述液体表面这一特性的物理量。表面张力系数有很多种测量方法，本文介绍了拉脱法、毛细管上升法和滴重法这三种实验方法，阐明了实验原理、实验方法以及实验过程，分析了产生误差的主要原因，并指出了实验过程中的注意事项，最后提出了减小误差的措施和改进方法。

关键词：表面张力；拉脱法；毛细管法；滴重法

目录

TOC\o1-3\h\z\u1引言 1

2表面张力系数的定义及意义 2

3表面张力系数的测量方法 4

3.1拉脱法 4

3.1.1利用焦利氏秤测量 4

3.1.2利用力敏传感器测量 6

3.1.3问题分析 8

3.2毛细管上升法 10

3.2.1测量原理及实验装置 10

3.2.2问题分析 13

3.3滴重法 14

3.3.1测量原理及实验装置 14

3.3.2问题分析 16

4结束语 17

参考文献 19

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1引言

生活中，我们常常遇到以下现象，倒满水的杯子，液面呈现出凸起的状态，但不会洒出来；水面上会漂浮水黾等等，这诸多现象都表明了液体表面会产生一种力，称之为表面张力。上述现象都是对表面张力的宏观认识，它在微观上表现为液体分子之间相互作用力。液体表面层上的分子数较少，所以液体表面层受到向下的力大于向上的力，这样就产生了一个垂直液面并向下的力，即表面张力REF_Re\n\h[1]。

表面张力的概念最早由匈牙利的物理学家西格涅于1751年提出REF_Re\n\h[2]，后来英国学者托玛斯·杨正式确立了液体表面张力这种说法，一经问世便引起了重大的轰动，引得科学家对表面张力及其一系列问题展开了研究与讨论，并获得了巨大的成就。在物理学领域中，有关表面张力的研究分布广泛，是一个较为特殊的研究领域。

物理这门学科是和我们的生活实际密切相关的，生活中许多的现象都可以用物理知识来解释。液体表面张力相对于物理学来说虽然只是其中的小小一环，然而也可以解释生活中的一些有关现象。比如大雨过后停留在小草、树叶、荷叶等等上面的小水珠；不小心打碎水银温度计后滚落在地上的水银；量筒内液体的液面；池塘中水面上游走的小昆虫等等。只要细心观察过，这些现象都有一个共同的特点，那就是所涉及到的液体，多多少少都会有一个弯曲的弧度，这都是表面张力在宏观世界里的体现。

除了涉及到日常生活现象之外，表面张力还在制造业、工业、水利、化工等方面都发挥了重要的作用。例如焊接工艺、液体的运输等各个技术中都存在对表面张力的使用与研究。在一些自然现象的研究中，例如毛细现象、泡沫的形成、农药喷洒形成水雾REF_Re\n\h[2]等，在引入表面张力概念后，都可以有很好的解释。此外，制药工艺方面也运用了表面张力。

表面张力应用于各行各业，既有当下火热的高尖端研究；又有与生活息息相关的自然现象。为了准确地描述表面张力，我们引入了一个新的物理量——表面张力系数，用表面张力系数的大小描述表面张力的大小REF_Re\n\h[3]，所以研究方向就从研究表面张力转向了研究表面张力系数。

经过多年的研究与探讨，得出了很多种测定表面张力系数的方法，例如拉脱法、毛细管上升法、悬滴法、最大气泡压力法REF_Re\n\h[3]等。表面张力系数的测定也随着对知识的深入探索更加准确。方法也愈加完善，本文将利用拉脱法、毛细管上升法和悬滴法三种方法在常温下对水的表面张力系数进行研究与分析。

2表面张力系数的定义及意义

表面张力是液体表面的一种重要物理特性REF_Re\n\h[4]。该力会在液体与其他液体或者其他物质接触时产生。当表面张力产生时，液体表面层就会表现出一些与液体内部不同的性质。从微观角度上，对一滴水进行粒子排列，剖析表面层的分子的受力状况。顶角上的分子受到邻近分子的拉力，合力表现为指向内部的力，即顶角上的粒子会向内运动，同时拉动邻近粒子一同运动，那么顶角上的粒子就会形成一个向内的总体趋势，这样液体内部压力变大，侧边的粒子受到挤压便会向外运动，同时拉动周围分子一同运动从而形成向外的总体趋势，这样，在所有粒子达到平衡状态时，液体表面便会呈现出曲面形态，这就说明了液体表面存在一种张力。

液体表面张力在宏观上的体现如图2.1所示。在圆环中绑一根细线圈，将圆环整体放在肥皂水中浸泡后取出。肥皂水会在圆环中留下一层薄膜，由细线圈将薄膜分为内外两部分。如图2.1（a）所示。将细线圈内部薄膜用针戳破后，