液體表面張力系數(shù)的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?用拉脫法測(cè)量室溫下水的表面張力系數(shù)。2學(xué)習(xí)焦利氏秤的使用方法，掌握用焦利氏秤測(cè)量微小力的方法。儀器與用具：

①焦利氏秤，②金屬框，③砝碼，④溫度計(jì)，⑤游標(biāo)卡尺，⑥螺旋測(cè)微器，⑦被測(cè)液體—自來水等。物理實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)原理：

1表面張力與表面張力系數(shù)：表面張力是液體表面的重要特性，它類似于固體內(nèi)部的拉伸應(yīng)力，這種應(yīng)力存在于極薄的表面層內(nèi)。是液體表層內(nèi)分子力作用的結(jié)果。液體表面層的分子有從液面擠入液內(nèi)的趨勢(shì)，從而使液體有盡量縮小其表面的趨勢(shì)，整個(gè)液面如同一張拉緊了的彈性薄膜，我們把這種沿著液體表面，使液面收縮的力稱為表面張力。作用于液面單位長(zhǎng)度上的表面張力，稱為液體的表面張力系數(shù)。設(shè)想在液體表面上畫一條直線，實(shí)驗(yàn)指出，直線兩旁的液膜之間存在著相互作用的拉力，力的方向和所畫直線垂直，其大小與所畫直線的長(zhǎng)成正比，即：或式中比例系數(shù)α稱為液體的表面張力系數(shù)，它表示單位長(zhǎng)線段兩側(cè)液體的相互作用力，其單位是N·m-1，表面張力系數(shù)α的大小與液體的溫度有關(guān)。2表面張力系數(shù)的測(cè)定：如圖所示：將一表面潔凈的∏型細(xì)金屬絲框浸入被測(cè)液體內(nèi)，∏型框的中點(diǎn)掛在焦利秤彈簧上，使∏型框的橫邊恰好處于液面位置時(shí)定為彈簧的平衡位置。然后將燒杯慢慢地下移，可看到金屬絲帶起一層液膜，與此同時(shí)彈簧被拉長(zhǎng)。當(dāng)薄膜剛好破裂時(shí)，∏型金屬絲框的受力情況有以下幾方面：①

彈簧的彈性力F，其方向向上，大小為：②∏型框所受重力和浮力之差W，其方向向下。若將∏型框掛上且浸入水中為彈簧的平衡位置，則對(duì)上式中的無影響（即與對(duì)應(yīng)的是F-W。）③

水膜的重量，方向向下，大小為：④

表面張力f方向向下，大小為（兩個(gè)表面）當(dāng)水膜恰好破裂時(shí)受力達(dá)到平衡，即：由此可得：

式中是彈簧的勁度系數(shù)，對(duì)一特定的彈簧，值是確定的，如果我們將已知重量的砝碼加在砝碼盤中，測(cè)出彈簧的伸長(zhǎng)量，即可由上式算出彈簧的k值，這一步驟稱為焦利秤的校準(zhǔn)。利用校準(zhǔn)后的焦利秤，就可測(cè)出彈簧的伸長(zhǎng)量，從而求得作用于彈簧上的外力步驟：①

掛好彈簧、小鏡子及砝碼盤，調(diào)節(jié)兩個(gè)地腳螺絲使焦利秤桿垂直與地面，使小鏡子鉛直不與玻璃套筒的內(nèi)壁磨擦，然后旋動(dòng)手輪，使“三線對(duì)齊”。記錄游標(biāo)零線所指示的主尺上的讀數(shù)②

依次在砝碼盤中加入0.5，1.0，…，4.5的砝碼，使“三線對(duì)齊”，記下標(biāo)尺上相應(yīng)讀數(shù)，然后再逐次取出0.5的砝碼，按上述方法記下標(biāo)尺上相應(yīng)的讀數(shù)。求出相同拉力下讀數(shù)的平均值，用逐差法求出彈簧的勁度系數(shù)值及其不確定度參考表格2--1

質(zhì)量增重讀數(shù)

減重讀數(shù)平均數(shù)0.0g0.5g1.0g1.5g2.0g2.5g3.0g3.5g4.0g4.5g則彈簧勁度系數(shù)為:不確定度為:2.測(cè)量

:⑴用酒精棉擦去∏型框上的油污，再用水沖洗涼干后，掛在平面鏡下端的掛鉤上。將洗凈的燒杯盛適當(dāng)?shù)乃?，放在平臺(tái)上。調(diào)節(jié)∏型框緩慢下降，使∏型框的橫邊恰好處于液面位置，“三線對(duì)齊”，記下標(biāo)尺讀數(shù)。然后一只手慢慢調(diào)節(jié)平臺(tái)下的螺絲使燒杯慢慢下降，另一只手慢慢調(diào)節(jié)手輪，彈簧被拉長(zhǎng)，在這一過程中要求保持“三線對(duì)齊”，直至水膜恰好破裂為止。記下標(biāo)尺上的刻度，則：

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，然后把金屬絲框欲要脫離而尚未脫離水膜的一瞬間的讀數(shù)記錄下來。

⑵本過程要求反復(fù)測(cè)量五次。參考表格2—2標(biāo)尺零點(diǎn)讀數(shù)

水膜破裂時(shí)讀數(shù)

⑶測(cè)量：將彈簧去掉，換成一根金屬細(xì)桿（儀器附件）。旋轉(zhuǎn)手輪，同時(shí)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)螺釘使液面剛好與金屬絲框橫邊接觸，讀出刻度讀數(shù)，再旋轉(zhuǎn)手輪使彈簧上升，同時(shí)旋轉(zhuǎn)在平臺(tái)螺釘使燒杯下降,始終保持“三線對(duì)齊”，直至液膜破裂為止，記下刻度讀數(shù)則:

水膜重量與拉力相比很小，因此不要求將

測(cè)得很精確。

⑷測(cè)量∏型框金屬絲的直徑：

cm⑸用游標(biāo)卡尺測(cè)量∏型框邊長(zhǎng)：

cm

⑹測(cè)量水的溫度：?C

⑺計(jì)算水的（與空氣接觸）表面張力系數(shù)及不確定度

表達(dá)式：

注意事項(xiàng)：

1.測(cè)量表面張力時(shí)，動(dòng)作要慢，還要防止儀器受增振動(dòng)。2實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意保護(hù)彈簧使其不受折損，不要隨意拉長(zhǎng)或掛重物，要輕拿輕放，切忌用力拉。

3.∏型金屬絲框和燒杯中的水必須保持潔凈，不要用手觸摸燒杯內(nèi)側(cè)和∏型金屬絲，也不要用手觸及水面。

物理實(shí)驗(yàn)中心問題和討論：

1.

什么是“三線對(duì)齊”？本實(shí)驗(yàn)中測(cè)量表面張力時(shí)緩慢地將∏型金屬絲框從水中拉起，該過程中需要時(shí)刻保證“三線對(duì)齊”，應(yīng)如何操作？2.

實(shí)驗(yàn)中要求把∏型金屬絲框拉到欲脫