用拉脱法测液体的表面张力系数

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1、用拉脱法测液体的表面张力系数1．实验目的(1)学习焦利秤测量微小力的原理和方法(2)用拉脱法测量液体的表面张力系数，并观察杂质对表面张力的影响。2．实验仪器焦利秤、砝码、细“”形金属丝框、玻璃杯等。3．实验原理液体表面张力是液体表面的重要特性，存在于液体极薄的表面层内，是液体表面层内分子力作用的结果。将一块表面洁净的矩形金属薄片竖直地浸入液体中，然后轻轻提起，则其附近的液面在外界拉力下将呈现如图一所示的形状。各力平衡的条件为：F=mg+f(1)式中，F是所施外力，mg为薄片和它所附的液体的总重力，f为表面张力。实验中用如图二所示的“”

2、形金属丝框代替金属薄片，由于表面张力与接触面的周长成正比，故有(2)图一图二式中，比例系数α称为表面张力系数，其值等于作用在液体表面单位长度的力，将(4-20)代入(4-19)式中，可得：(3)式中，l为“”形框的长度，d为金属丝得直径。由于l>>d，所以上式可简化为：(4)当在弹簧下端的砝码盘内加入砝码时，弹簧受力而伸长。由胡克定律知，在弹性限度内对弹簧所施外力F与弹簧伸长量，就可算出作用于弹簧上的外力。当把“”形框挂在焦利秤的弹簧秤下端时，弹簧所受拉力为mg。当把“”形框浸入水中再缓缓拉起时，由于表面张力的作用，一部分液体被“”形

3、框带起形成液体膜，当所施加外力大于f时，被带起的液膜破裂，“”形框脱出液面。再液体膜破裂的瞬间弹簧所受为F=mg+f(略去水膜自重)。此时弹簧所受的表面张力为f＝F－mg。这一很小的作用力使弹簧发生形变，则。将这两式代入(4)式中，有(5)由以上讨论知，要测量表面张力系数α，只要测出“”形框的长度l，弹簧的倔强系数k以及以及液膜破裂的瞬间由于表面张力引起的弹簧伸长量即可。4．实验内容和步骤(1)仪器安装和调节从盒中轻轻取出弹簧、小镜和砝码盘，装上焦利秤，调节三角支架的底座螺钉，使金属杆垂直，这时小镜C悬在玻璃管D的中央。调节G的升降，

4、使“三线重合”，记下初读数。(2)焦利秤校准每次将0.5g砝码加入砝码盘中，每加0.5g砝码，调整依次旋纽G，使三线重合，分别记下x1,x2,x3……，直加到2.5g为止。再逐次减少砝码，每减少0.5g砝码，调整一次旋纽G，使三线重合，分别记下各次读数，将所记数据填入表4-4中。用逐差法处理数据，求出k。(3)测定液体的表面张力系数①将待测液体倒入洁净干燥的烧杯中置于平台上，并将“”形框用酒精擦干净悬挂于砝码盘下端的小钩上，调节旋纽G使三线重合，记下读数x0.②调节F将平台E慢慢升起，使“”形框浸入液体中。然后用一手调节F使平台缓缓下

5、降，小镜上的刻线液随之下降，同时用另一手调节G使三线重合，再使平台缓缓下降一些，重复上述调节，直到“”形框脱出液体前始终保持三线重合，记下在“”形框脱出液面前瞬间游标H上的读数x.③在重复上述步骤共做6次，求出表面张力所引起的弹簧的伸长量的平均值④用50分度游标卡尺测出“”形框的长度l，重复测6次，求出l。5．实验数据记录及处理(1)记录室温，测出实验前后的室温，取平均值作为液体的温度。(2)实验数据表格表4-4测弹簧的倔强系数k的数据表格砝码质量m(×10-3kg)增重读数(×10-2m)减重读数(×10-2m)平均读数L(×10-

6、2m)0.06.816.836.825.850.58.788.788.781.010.7310.7310.735.7851.512.6612.6612.662.014.6014.6214.615.8052.516.5416.5616.55平均值5.81g＝9.794m/s2；表4-5测“”形框长度l的数据表格次数123456平均l(×10-2m)4.4804.4824.4784.4844.4884.4864.483表4-6测量液体的表面张力系数α的数据表格次数x0(×10-2m)x(×10-2m)16.969.852..8926.97

7、9.642.6736.969.672.7146.979.682.71平均值2.75表面张力系数，，注意：焦利秤调三线重合时，一定要两手同时操作F和G，并且动作要缓慢，可先练习几次，然后在正式进行测量。实验时，“”形框应始终保持水平，不能倾斜，否则“”形框拉出水面时液膜将过早破裂给实验带来误差。焦利秤中使用的弹簧是易损精密器件，要轻拿轻放，切忌用力拉。在测量“”的长度时，游标卡尺不能夹的过紧，以免“”变形