1、五液體表面張力系數(shù)的測定用勢能的概念來說明，就是它處在圖3左邊的勢阱中，需要有大小為 的激活能才能越過勢壘，跑到外表去。然而外表某個(gè)分子B要想擠向內(nèi)部，它只需排開分子 和抑制兩側(cè)分子 的吸引力即可，后面沒有分子拉它。所以它所處的勢阱圖3中右邊的那個(gè)較淺，只要較小的激活能 就可越過勢壘，潛入液體內(nèi)部。這樣一來，由于外表分子向內(nèi)擴(kuò)散比內(nèi)局部子向外表擴(kuò)散來得容易，外表分子會(huì)變得稀疏了，其后果是它們之間的間隔 從平衡位置稍為拉開了一些，于是互相之間產(chǎn)生的吸引力加大了，這就是圖(3)右邊所示的情況。此時(shí)分子B需抑制分子 對它的吸引力比剛剛大，從而它的勢阱也變深了，直到 變得和 一樣時(shí)，內(nèi)外擴(kuò)散到達(dá)平衡。

2、所以在平衡狀態(tài)下液體外表層內(nèi)的分子略為稀疏，分子間距比平衡位置稍大，在它們之間存在切向的吸引力。這便是外表張力的由來。 在剛剛的討論中未考慮液面外是否有氣體。假設(shè)有，那么分子B背后有氣體的分子拉它，這顯然會(huì)使上述差距減小，從而減小外表張力。事實(shí)也確實(shí)如此。假設(shè)液面外只是它的飽和蒸氣，當(dāng)溫度逐步上升到臨界點(diǎn)時(shí)，飽和蒸氣的密度增到與液態(tài)的密度相等，液面兩側(cè)的不對稱性消失，外表張力也就消失了。2、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)我們設(shè)想在液面上作一長為的線段，那么外表張力的作用就表如今線段兩邊的液體以一定的力互相作用，且作用力的方向與垂直，其大小與線段的長度成正比。即，式中為液體的外表張力系數(shù)，即作用于液面單位長度上的外表

3、張力。采用拉脫法測定液體的外表張力系數(shù)是直接測定法，通常采用物體的彈性形變來量度力的大小。 假設(shè)將一個(gè)矩形細(xì)金屬絲框浸入被測液體內(nèi)，然后再漸漸地將它向上拉出液面，可看到金屬絲帶出一層液膜，如圖4所示。設(shè)金屬絲的直徑為a，拉起液膜將破裂時(shí)的拉力為F，膜的高度為h，膜的寬度為b，因?yàn)槔龅囊耗び星昂髢蓚€(gè)外表，而且其中間有一層厚度近似為a的被測液體，且這局部液體有自身的重量mg=bahpg，故它所受到的重力為2f=2rb+a由于金屬絲的直徑很小，所以這一項(xiàng)很小，一般忽略不計(jì)，所受外表張力為，故有F=2f+Mg或變形為 1式中， 為被測液體的密度，g為當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋琈g為金屬框所受重力與浮力之差。從

4、式(1)可以看出，只要實(shí)驗(yàn)測定出 等物理量，由式(1)便可算出液體的外表張力系數(shù) 。顯然，b、a都比較容易測，只有 是一個(gè)微小力，用一般的方法難以測準(zhǔn)。故本實(shí)驗(yàn)的核心是測量這個(gè)微小力F，利用焦利彈簧秤測量。外表張力系數(shù)與液體的種類、純度、溫度和液體上方的氣體成分有關(guān)。實(shí)驗(yàn)說明，液體的溫度約高， 的值約?。凰s質(zhì)越多，的值也越小。3、儀器介紹如圖5所示，焦利秤實(shí)際上是一個(gè)精細(xì)的彈簧秤，是測量微小力的儀器。在直立的金屬套筒內(nèi)設(shè)有可上下挪動(dòng)的金屬桿，1 的上端設(shè)有游標(biāo)2，1 的橫梁上懸一根細(xì)彈簧8， 8下端掛有圓柱形10并有程度刻線G,(也稱指標(biāo)桿G)，G的下方設(shè)一小鉤，用來懸掛砝碼盤或矩形金屬絲

5、框架。金屬套筒的中下部附有刻有橫線的玻璃套筒9和可以上下挪動(dòng)的平臺(tái)6。金屬套筒的下端設(shè)有旋鈕4，轉(zhuǎn)動(dòng)4可使金屬桿1上下挪動(dòng)，挪動(dòng)的間隔 由1上的刻度和游標(biāo)2來確定。使用時(shí)，先照圖5正確安裝儀器，使帶橫線的小鏡子10穿過玻璃套筒9的內(nèi)部，并使鏡面朝外調(diào)節(jié)底座上的螺釘，使小鏡子10沿豎直方向振動(dòng)時(shí)不與玻璃套筒9發(fā)生摩擦然后應(yīng)旋轉(zhuǎn)旋鈕4，使小鏡子10上的刻線與玻璃套筒9上的刻線以及9上刻線在小鏡子里的像三者互相對齊，即所謂“三線對齊。用這種方法保證彈簧的下端的位置是固定不變的，而彈簧的上端可以向上沿伸，需要確定彈簧的伸長時(shí)，可由1上的米尺和游標(biāo)2來確定(即伸長前、后兩次的讀數(shù)之差值)。根據(jù)胡克定律，

6、在彈性限度內(nèi)，彈簧的伸長量與所加的外力成正比，即，式中是彈簧的勁度系數(shù)，對一特定的彈簧，值是確定的。假設(shè)我們將重量的砝碼加在砝碼盤中，測出彈簧的伸長量，即可算出彈簧的值，這一步驟稱為焦利秤的校準(zhǔn)。使用焦利秤測量微小力時(shí)，應(yīng)先校準(zhǔn)。利用校準(zhǔn)后的焦利秤，就可測出彈簧的伸長量，從而求得作用于彈簧上的外力。彈簧的勁度系數(shù)越小，就越容易伸長，即彈簧越細(xì)，各螺旋環(huán)的半徑越大，彈簧的圈數(shù)越多，值就越小，彈簧越容易伸長。同時(shí)彈簧材料的切變模量越小，彈簧越容易伸長。選用值小的彈簧，其測量微小力的靈敏度就高。所以本實(shí)驗(yàn)中，一定要在有關(guān)實(shí)驗(yàn)人員的指導(dǎo)下得知彈簧的最大負(fù)荷值，并且在使用、安裝過程中一定要輕拿輕放，倍加

7、保護(hù)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1、按照圖5掛好彈簧、小鏡子10及砝碼盤，調(diào)節(jié)三角底座上的螺釘使小鏡子10鉛直(即小鏡子10與玻璃套筒9的內(nèi)壁不摩擦)。然后轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕4，使“三線對齊(觀察時(shí)眼睛要與玻璃套筒上的程度線等高)。記錄游標(biāo)零線所指示的米尺上的讀數(shù)。2、依次將實(shí)驗(yàn)室給定的砝碼加在砝碼盤內(nèi)，逐次增加至0.5g，1.0g，3.5g(每加一次均需要轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕4，重新調(diào)到“三線對齊)，分別記錄1柱上米尺的讀數(shù)，并在表1中記錄數(shù)據(jù)，然后依次減去0.5g砝碼，步驟同上，用逐差法求彈簧的勁度，再算出勁度系數(shù)是的平均值及其不確定度。3、用酒精棉球仔細(xì)擦洗矩形金屬絲框架，然后掛在砝碼盤下的小鉤上，轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕4，重新使“

8、三線對齊，記錄游標(biāo)零線所指示的米尺讀數(shù) 。4、將盛有多半杯蒸鎦水的燒杯置于平臺(tái)上，轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)下端的螺絲5，使矩形形金屬絲框先浸入水中，然后緩慢地調(diào)節(jié)螺絲5使平臺(tái)漸漸下降，直至矩形金屬絲橫臂高出水面，此時(shí)水的外表張力作用在矩形金屬絲上，小鏡子10上的彈簧受到向下的外表張力的作用也隨之伸長，這樣小鏡子上的刻線G也隨著下降，使“三線不再對齊。眼睛對準(zhǔn)玻璃套筒上的程度刻線D，用另一只手緩緩向上旋動(dòng)旋鈕4，使“三線重新對齊，同時(shí)調(diào)節(jié)平臺(tái)調(diào)節(jié)旋鈕5使之再下降，直到矩形金屬絲框架下的水膜剛要斷裂止或剛剛斷裂。先觀察幾次水膜在調(diào)節(jié)過程中不斷被拉伸、最后破裂的現(xiàn)象。然后再把金屬絲框架欲要脫離而尚未脫離水膜的一瞬時(shí)

9、的米尺1上的讀數(shù) 記錄下來。5、重復(fù)步驟3和4五次，測出彈簧的平均伸長 及其不確定度，那么 6、記錄實(shí)驗(yàn)前后的水溫，以平均值作為水的溫度。測量矩形金屬絲橫臂的長度b、a直徑的數(shù)值，并計(jì)算。 的值及其不確定度。數(shù)據(jù)處理 表1用 逐 差 法 求質(zhì)量m(10-3kg) 增重位置(10-2m) 減重位置(10-2m) 平均位置(10-2m) (10-2m) 其中 表1求 單位：10-2m 其中 b= m m a=( ) m ( ) m ( ) 測量結(jié)果： % 結(jié)果表示： %本卷須知1、實(shí)驗(yàn)時(shí)矩形金屬絲框不能傾斜，否那么，矩形框拉出水面時(shí)液膜將過早地破裂，給實(shí)驗(yàn)帶來誤差。2、矩形金屬絲先用酒精燈燒紅，再清洗后不允許手碰。3、焦利秤中使用的彈簧是易損精細(xì)器件，要輕拿輕放，切忌用力拉。考慮題1、什么“三線對齊？本實(shí)驗(yàn)中測量外表張力時(shí)緩慢地將矩形金屬絲從水中拉起，該