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1、液体的表面张力系数测量第1页，共20页，编辑于2022年，星期日(一）实验简介一）实验简介拉脱法：测量一个已知周长的金属圆环或金属片从待测拉脱法：测量一个已知周长的金属圆环或金属片从待测液体表面脱离时所需的拉力，从而求得该液体表面张力系液体表面脱离时所需的拉力，从而求得该液体表面张力系数的方法称为拉脱法，常用的方法之一。数的方法称为拉脱法，常用的方法之一。由于用拉脱法测量液体表面的张力约由于用拉脱法测量液体表面的张力约在在110-3-110-2N之间，因此对测之间，因此对测量力的仪器要求高。量力的仪器要求高。硅压阻力敏传感硅压阻力敏传感器张力测定仪器张力测定仪能满足测量液体表面张能满足测量液体
2、表面张力的需要。力的需要。第2页，共20页，编辑于2022年，星期日（二）实验目的（二）实验目的1、用砝码对硅压阻力敏传感器进行定标，计算该传感、用砝码对硅压阻力敏传感器进行定标，计算该传感器的灵敏度，学习传感器的定标方法器的灵敏度，学习传感器的定标方法。2、观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象，、观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象，并用物理学基本概念和定律进行分析和研究，加深对物理并用物理学基本概念和定律进行分析和研究，加深对物理规律的认识。规律的认识。3、测量纯水的表面张力系数。、测量纯水的表面张力系数。第3页，共20页，编辑于2022年，星期日（三）实验原理（三）实验原
3、理（1 1）液体的表面张力）液体的表面张力f f液体表面张力是存在于液体表面上任何一条分界线液体表面张力是存在于液体表面上任何一条分界线两侧的液体的相互作用拉力，其方向沿液体表面，且两侧的液体的相互作用拉力，其方向沿液体表面，且恒与分界线垂直，大小于分界线的长度成正比：恒与分界线垂直，大小于分界线的长度成正比：f=L称为液体表面张力系数，单位为称为液体表面张力系数，单位为N.m-1。与液体的。与液体的温度、纯度、种类以及它上方的气体成分有关。温度、纯度、种类以及它上方的气体成分有关。1 1、几个基本的知识点、几个基本的知识点第4页，共20页，编辑于2022年，星期日（2）浸润与不浸润现象浸润与
4、不浸润现象当液体和固体接触时，若固当液体和固体接触时，若固体和液体分子间的吸引力体和液体分子间的吸引力大大于于液体分子间的吸引力，液体液体分子间的吸引力，液体就会沿固体表面扩张，形成薄就会沿固体表面扩张，形成薄膜附着在固体上，这种现象称膜附着在固体上，这种现象称为为浸润浸润；反之为；反之为不浸润不浸润现象现象。浸润情形不浸润情形接触角第5页，共20页，编辑于2022年，星期日2、实验仪器、实验仪器第6页，共20页，编辑于2022年，星期日固定架硅压阻力敏传感器吊环玻璃皿可微调升降台升降台大旋钮水平调节螺丝铁架台数字电压表（1 1）实验装置）实验装置第7页，共20页，编辑于2022年，星期日（2
5、 2）硅压阻式力敏传感器的结构及原理）硅压阻式力敏传感器的结构及原理传感器传感器 传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一定传感器是将感受的物理量、化学量等信息，按一定的规律转换成的规律转换成便于测量和传输的信号的装置便于测量和传输的信号的装置。电信号电信号易于易于处理，所大多数的传感器是将是将物理量等信号转换成电信处理，所大多数的传感器是将是将物理量等信号转换成电信号输出的。号输出的。结构简图结构简图1.力臂固定点力臂固定点 2.硅力敏传感芯片硅力敏传感芯片 3.弹性梁弹性梁 4.挂钩挂钩第8页，共20页，编辑于2022年，星期日原理原理 UB F式中式中:F：外力的增量：外力的增量 K
6、：传传感器的灵敏度感器的灵敏度 U：相相应应的的电压电压改改变变量量灵敏度：灵敏度：传传感器感器输输出量增量与相出量增量与相应输应输入量增量之入量增量之 比，比，单单位位为为 mv/N。它表示每增加。它表示每增加 1N 的的 力，力敏力，力敏传传感器的感器的电压电压改改变变量量为为 B mv。第9页，共20页，编辑于2022年，星期日3 3 受力分析受力分析使用片状吊环，在液膜拉破前瞬使用片状吊环，在液膜拉破前瞬 间，考虑一级近似，认为液体的间，考虑一级近似，认为液体的 表面张力为：表面张力为：f =f1+f2=(D1+D2)这这里里为表面张力系数，为表面张力系数，D1、D2分分别为别为吊吊环
7、环的外径和内径。的外径和内径。液膜拉破前瞬间的受力分析图液膜拉破前瞬间的受力分析图片状吊环在液膜拉破前瞬间有：片状吊环在液膜拉破前瞬间有：F1=mg+f1+f2 此时传感器受到的拉力此时传感器受到的拉力F1和输出电压和输出电压U1成正比，有：成正比，有：U1=BF1第10页，共20页，编辑于2022年，星期日片状吊环在液膜拉破后瞬间有：片状吊环在液膜拉破后瞬间有：F2=mg 同样有同样有 U2=BF2片状吊环在液膜拉破前后电压的片状吊环在液膜拉破前后电压的 变化值可表示为：变化值可表示为：液膜拉破后瞬间的受力分析图液膜拉破后瞬间的受力分析图 U1 U2=U=K F=B（F1 F2）=K(D1+
8、D2)由上式可以得到液体的表面由上式可以得到液体的表面张张力系数力系数为为:这里这里U1液膜拉断前瞬间电压表的读数液膜拉断前瞬间电压表的读数 U2 液膜拉断后瞬间电压表的读数液膜拉断后瞬间电压表的读数第11页，共20页，编辑于2022年，星期日对整个的实验过程，可以分为以下对整个的实验过程，可以分为以下3个阶段：个阶段：吊环浸没吊环浸没在水中在水中反方向旋转螺母，反方向旋转螺母，电压表读数增加电压表读数增加继续旋转读增继续旋转读增加到一个最大值加到一个最大值继续旋转，继续旋转，读数开始减小读数开始减小减小到某一个减小到某一个值，液膜破裂值，液膜破裂此时，观察电压表此时，观察电压表读数，记下读数
9、，记下U1、U2 阶段阶段1阶段阶段2阶段阶段34 4 实验现象的受力分析实验现象的受力分析第12页，共20页，编辑于2022年，星期日阶段1的受力分析吊环下沿吊环下沿浸没浸没在水中时，有在水中时，有吊环下沿吊环下沿拉离水面拉离水面，开始拉起液膜时，开始拉起液膜时，有有电压表读数达到最大值，此时电压表读数达到最大值，此时有有这里，f 为表面张力第13页，共20页，编辑于2022年，星期日 达到最大值后，继续反方向转动调节螺母，可以发达到最大值后，继续反方向转动调节螺母，可以发现，电压表读数开始减小，这主要是因为现，电压表读数开始减小，这主要是因为附着在液膜上附着在液膜上的水的水在重力的作用下向
10、下滑，所以拉力减小。在重力的作用下向下滑，所以拉力减小。阶段2的受力分析第14页，共20页，编辑于2022年，星期日 阶段3的受力分析 在液膜拉破前瞬间有：在液膜拉破前瞬间有：F1=mg+f1+f2=mg+f 在液膜拉破后瞬间有：在液膜拉破后瞬间有：F2=mg 可以得到液体的表面张力：可以得到液体的表面张力：液体的表面张力系液体的表面张力系数数第15页，共20页，编辑于2022年，星期日（四）实验数据（四）实验数据次123456物体质量m/g输出电压u/mv表表1：硅压阻力敏传感器灵敏度的定标：硅压阻力敏传感器灵敏度的定标第16页，共20页，编辑于2022年，星期日表表2：水的表面张力系数测量：水的表面张力系数测量次U1/mvU2/mvU/mvU均/mv123456t室=D1=D2=第17页，共20页，编辑于2022年，星期日用不确定度表示测量结果用不确定度表示测量结果相对误差的计算相对误差的计算第18页，共20页，编辑于2022年，星期日仪=0.1mV数据处理计算过程数据处理计算过程第19页，共20页，编辑于2022年，星期日相对误差计算相对误差计算第20页，共20页，编辑于2022年，星期日