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1、液体表面张力系数测定物理实验优质资料(可以直接使用，可编辑 优质资料，欢迎下载）液体表面张力系数的测定实验报告【实验目的】 1学会用拉脱法测定液体的表面张力系数。 2了解焦利氏秤的构造和使用方法。 3通过实验加深对液体表面现象的认识。【实验仪器】焦利氏秤1把，U形金属环1条，砝码1盒，镊子1把，玻璃皿1个，温度计1支，酒精灯1个，蒸馏水100ml，游标尺1把。【实验原理】图3-1由于液体分子与分子间的相互作用，使液体表面层形成一张紧的膜，其上作用着张力，叫做表面张力。设想在液面上作长为L的线段，线段两侧便有张力相互作用，其方向与L垂直，大小与线段长度成正比，如图3-1所示。即有式中为表面张力系
2、数，其单位为。表面张力系数是研究液体表面性质所要用到的物理量，不同种类的液体，值不同；同一种液体的值随温度上升而减小；液体不纯净，值也会改变。因此，在测定值时必须注明在什么温度下进行，液体必须保持纯净。测量表面张力系数的方法很多，本实验用拉脱法测定。图3-2将环形金属环浸入液体中，然后慢慢拉起，这时在金属环内带起了一层薄膜，如图3-2所示。要想使金属环由液面拉脱，必须用一定的力。(注意有两个表面) （3-2） 本实验用焦利氏秤测出，然后代入式（3-2）计算出值。二、 仪器构造焦利氏秤实际上就是一个比较精确的弹簧秤，焦利氏秤的构造如图所示，用焦利氏秤测力是根据胡克定律式中，为弹簧的劲度系数，等于
3、弹簧伸长单位长度的拉力,为弹簧伸长量，如果已知值，再测定弹簧在外力作用下的伸长量，就可以算出作用力的大小。【实验步骤】一、值的测定 1按图3-3挂好弹簧，小指针和砝码盘，再调节底板三角底座上的螺丝，使小指针处于镜子中，能上下自由振动且不与镜子相碰； 2调节旋钮D，使镜子上的标线处于“三线重合”位置（镜子刻线、小指针和小指针的像重合），读出标尺上的读数。如弹簧振动不停，可将镊子靠在弹簧上端，轻轻阻挡弹簧，即可停止振动； 3在砝码盘上加1.0g、2.0g、3.0g、4.0g、5.0g、6.0g、7.0g、8.0g、9.0g的砝码，调节小游标，当刻线重新处于“三线重合”位置时，读出读数;4 再加入1
4、.0g砝码，然后依次取出1.0g砝码，分别记下，取二者平均值，用逐差法求出弹簧的劲度系数。即二、 的测定 1. 先用洗涤液，再用蒸馏水洗净玻璃皿，把装有蒸馏水的玻璃皿放在平台上。用镊子夹住金属环在洒精灯上烧干，再挂在挂钩上；2. 调节旋钮，使镜子刻线处于“三线重合”位置，读出标尺上的读数；3. 调节旋钮，让金属环的水平部分和液面接触（水平部分如果和液面不行，可用镊子调整金属环几次）；4观察镜子刻线是否在“三线重合”位置，如果不在，继续调节旋钮，直至标线处于“三线重合”位置；5在镜子刻线始终处于“三线重合”的情况下拉脱液膜，读出读数。这个过程的动作应缓慢，旋转旋钮使平面台微降，液膜被拉起，这时弹
5、簧伸长，再不断旋转旋钮控制平台，直至液膜恰好破灭； 6重复步骤2、3、4、5共5次，将数据记入表3-2中；7 用游标尺测出金属环的内外直径【数据记录与处理】 1. 利用上式计算出、。 2. 根据温度T，在-T表上查出该温度下水的表面张力系数，与所测量的作比较，算出百分误差。表3-1 k值的测定砝码质量/g增重读数/mm减重读数/mm平均值/mm0.0218.00218.00218.001.0221.08221.12221.102.0223.64223.66223.65 3.0226.50226.52226.51 4.0229.36229.40229.38 5.0232.46232.48232.
6、47 6.0235.38235.42235.40 7.0238.34238.38238.36 8.0241.44241.48242.46 9.0244.36244.40244.38mmmmmmN/m （g=9.8） 表3-2 F的测定T=_16_次数初始位置/mm水膜破裂时读数x/mm弹簧的伸长/mm1202.34206.824.482202.40207.304.503200.04204.524.484201.84206.364.525201.46206.024.56相对不确定度不确定度 张力系数 百分误差=100%=_5.2%_【附表及实验数据】表3-3 水对空气的T表TC/NTC/N20.
7、0750220.072240.0766240.071960.0766260.071780.0764280.0714100.0761300.0711120.0757320.0709140.0754340.0705160.0733360.0702180.0730380.0698200.0725400.0695实验报告：表面张力的测定一、实验目的1液体表面张力的测定，了解物质体系性质、溶液表面结构、分子间相互作用（特别是表面分子相互作用），可用来帮助计算等张比容，工业设计中用来帮助估算塔板效率等。 2熟悉表面张力中常用的测定方法：（1）毛细管升高法（2）滴重法。二、实验原理（1）毛细管升高法：当一根
8、洁净的、无油脂的毛细管浸进液体，液体在毛细管内升高到h高度。在平衡时、毛细管中液柱重量与表面张力关系为 式中，为表面张力，g为重力加速度，为液体密度，r为毛细管半径。如果液体对玻璃润湿=0，=1，则。（2）滴重法：当达到平衡时，从外半径为r的毛细管滴下的液体质量，应等于毛细管周边乘以表面张力，即式中：m为液滴质量，r为毛细管外半径，为表面张力，g为重力加速度。事实上，滴下来的仅仅是液滴的一部分。因此，式中给出的仅仅是理想液滴。经实验证明，滴下来的液滴大小是V/的函数，即有f(V/)所决定（其中V是液滴体积）所以式子可变为或其中F称为校正因子。三、实验仪器毛细管升高法：约25cm长、0.2mm直
9、径的毛细管毛细管，读数显微镜，小试管，25C恒温槽。滴重法：毛细管（末端磨平），称量瓶，读数显微镜。四、实验步骤毛细管升高法：1、将毛细管洗净、干燥，于小试管中倾入蒸馏水，按图装好。2、用吸耳球在X管处慢慢地将空气吹入试管中，待毛细管中液体升高后，停止吹气并使试管内外压力相等。待液体回到平衡位置，用度数显微镜测量其高度h。测定完毕后从X管吸气，降低毛细管内液面，停止吸气并使管内外压力相等，恢复到平衡位置测量高度。如果毛细管洁净，则两次测量的高度应相等，否则应清洗毛细管。3、测定毛细管内径。将毛细管插入高锰酸钾溶液后，洗净毛细管外层，用读数显微镜测量毛细管的内径。4、用密度计测量高锰酸钾的密度。
10、滴重法：1、按图二装好仪器，把待测液体充满毛细管，并调节液位使液滴按一定时间间隔滴下。在保证液滴不受震动的条件下用称量瓶搜集30滴，用电子分析天平称重。2、用游标卡尺测量毛细管的外径。3、从液滴重量及液体密度计算滴下液滴体积。然后求出v/r3数值，从表中查出校正因子F数值。根据式子求出表面张力。五、数据记录毛细管升高法：升高高度h/cm5.67 5.67溶液密度/(g/)0.9981内径r/mm0.654(读数显微镜) 0.220（用水测定毛细管升高h，计算所得）滴重法：液体+瓶质量m1/g26.1130瓶质量m2/g22.8806外径r/mm7.64六、数据处理毛细管升高法：滴重法：七、误差
11、分析一1.用毛细管升高法测升高的高度时，精确度不好，因为液面的选取比较困难，误差有几个毫米至多，而且由于是隔着观测，读数的准确度也降低了。2.由于内径用读数显微镜，由于光学仪器往往使用起来较困难，而且由于固定毛细管的是泡沫，容易变形，即导致读数显微镜容易发生扭曲，而改变显微镜中的读数，造成误差。3.毛细管内不干净，造成误差。4.毛细管用洗液灌洗后为用去离子水冲干净，有部分洗液依附于管壁。5.管内水柱未完全静止就测量。6.测量水柱高度仪器精度不足，实验者读数时未使液面对准直尺0刻度。7.测量毛细管内半径时，读数和对显微镜调焦不准确，调焦后未使管壁清晰可见。8.对于滴重法要求没有震动，但在实验过程
12、中很难保证。9.用游标尺测量毛细管外径时，读数不准。二思考题1.如何调节读数显微镜？答：使显微镜镜筒位于标尺中部；用合适的光源照明被测物，调节照明方向，使视场明亮；调节目镜，使十字叉丝清晰；调节镜筒的工作距离（调焦），使像清晰并要消除视差。2毛细管中水面为什么能上升？如果将毛细管插入盛有水银的器皿中，水银液面是否上升？答：通过洗耳球对毛细管吹气，使毛细管中的空气排出，拿去洗耳球后，毛细管内压强减少到小于大气压，水就被压上毛细管，又由于水的表面张力的存在，到一定高度水就下不来。若是水银就不会上升，因为水银不润湿毛细管壁液面不升反降。3使用毛细管前为什么要用洗液灌洗？答：毛细管结构精细，任何小杂质
13、都有可能堵塞毛细管或依附在管壁上使管壁不光洁，从而使测量得到的数据不准确。大学物理创新性设计型实验食品质量与安全1班 1138113 沈梦佳氯化钠溶液液体表面张力系数与浓度的关系小组成员：张理、沈梦佳、谢雨岑、陈其才摘要：钢针、硬币等物能飘在洁净的水表面，清晨小草叶上的露水通常收缩成小球形状。这些现象表明，液体表面好比一层紧绷的薄膜，有自然收缩趋势，从而导致表面张力现象。表面张力描述了液体表层附近分子力的宏观作用，液体的许多现象与表面张力有关。因此，研究液体表面张力系数与浓度的关系可为各行业有关液体分子的分布和表面的结构提供有用的线索。引言：当液体和固体接触时，若固体和液体分子间的吸引力大于液
14、体分子间的吸引力，液体就会沿固体表面扩展，形成薄膜附着在固体上，这种现象叫做浸润。若固体分子和液体分子间的吸引力小于液体分子间的吸引力，液体就不会在固体表面扩展，不附着在固体表面，这种现象称为不浸润。浸润与不浸润取决于液体、固体的性质。浸润性质与液体中杂质的含量、温度以及固体表面清洁程度密切相关。表面张力是描述物体浸润性质的重要物理量。表面张力是指作用于液体表面上任意直线的两侧、垂直于该直线且平行于液面、并使液体具有收缩倾向的一种力。从微观上看，表面张力是由于液体表面层内分子作用的结果。可以用液体表面张力系数来定量的描述液体表面张力的大小。设想在液面上作长为L的线段，在L的两侧，表面张力以拉力
15、的形式相互作用着，拉力的方向垂直于该线段，拉力的大小正比于L，即f=L，式中表示作用于线段单位长度上的表面张力，称为表面张力系数，其单位为N/m.液体表面张力的大小与液体成分有关。温度对液体表面张力影响极大，表面张力随温度升高而减小，两者通常相当准确地成直线关系。所以在研究液体表面张力系数与浓度的关系时，必须要控制环境温度不变。将表面洁净的铝合金吊环挂在测力计上并垂直浸入液体中，使液面下降，当吊环底面与液面平行或略高时，由于液体表面张力的作用，吊环的内、外壁会带起液膜。在吊环临界脱离液体时，吊环重力mg、向上拉力F与液体表面张力f（忽略带起的液膜的重量）满足 f=F-mg而对于金属吊环，考虑一
16、级近似，可认为表面张力系数乘上脱离表面的周长，即 F=(D1+D2)式中，D1为吊环外径，D2为吊环内径，为液体表面张力系数。此时，实验中需要测出F-mg及D1和D2。本实验利用硅压阻力式力敏传感器测力，硅压阻力式力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片由四个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥。当外界电压作用于金属梁时，在压力作用下，电桥失去平衡，此时将有电压信号输出，输出电压大小与所加外力成正比，即U=KF式中，F为外力大小，K为硅压阻力式力敏传感器的灵敏度，U为传感器输出电压的大小。实验时首先对硅压阻力式力敏传感器进行定标，然后求得传感器灵敏度KV/N，再测出吊环在即将拉脱液面时（
17、F=mg+f）电压表读数U1，拉脱后（F=mg）数字电压表的读数U2，式得=U1-U2/KD1+D2实验仪器 （1）硅压阻力敏传感器装置一套 （2）50ml烧杯2个 （3）玻璃棒 （4）游标卡尺 (5) 电子天平实验步骤1.力敏传感器的定标 每个力敏传感器的灵敏度都有所不同，在实验前应先将其定标，定标步骤如下： （1）打开仪器的电源开关，将仪器预热； （2）在传感器梁端头小钩上挂上砝码盘，调节表面张力系数测定仪上的调零旋钮，使数字电压表显示为零； （3）在砝码盘上依次放置质量为0.500g的砝码，并记录在这些砝码力F的作用下，数字电压表的读数U; （4）用最小二乘法作直线拟合，求出传感器灵敏度
18、K。2.环的测量与清洁 （1）用游标卡尺测量金属圆环的内径D1、外径D2; （2）环的表面状况与测量结果有很大关系，实验前应将金属环状片在NaOH溶液中浸泡2030min，然后用水洗净。3.测不同浓度NaCl溶液的表面张力系数 （1）将金属环状吊片挂在传感器的小钩上。调节升降台，将蒸馏水升至靠近环片的下沿，观察环状吊片下沿与待测液面是否平行，将金属环状吊片取下后，调节吊片上的细丝，使吊片与待测液面平行。（注意：吊环中心、玻璃皿中心最好与转轴重合） （2）调节容器下的升降台，使其渐渐上升，将环片的下沿部分全部浸没于待测液体。然后反向调节升降台，使液面逐渐下降。这时，金属环片和液面间形成以环形液膜
19、，继续下降液面，测出环形液膜即将拉断前一瞬间数字电压表读数值U1和液膜拉断后数字电压表读数值U2； （3）将实验数据代入公式，求出液体的表面张力系数； （4）将蒸馏水换成不同浓度的NaCl溶液，重复上面的步骤，测出相应溶液的表面张力系数。数据记录与讨论温度T=20力敏传感器定标物体质量g/mg0.5001.0001.5002.0002.5003.0003.500输出电压U/mV13.526.439.552.765.678.691.6使用最小二乘法：nm（10-3kg）m2（10-6kg2）V（10-3V）m*V（10-6kg*V)10.5000.2513.56.7521.000126.426.
20、431.5002.2539.559.2542.000452.7105.452.5006.2565.616463.000978.6235.473.50012.2591.6320.6总计1435367.9918.2367.9*10-3=7A+14*10-3B（1）918.2*10-6=14*10-3A+35*10-6B（2）联立（1）（2） 解得A=4.4*10-4 B=2.601灵敏度K=2.601数据记录表D1=3.310cm D2=3.496cm浓度（g/ml)第一次测量第二次测量第三次测量U平均值（mV)表面张力系数（N/m）U1 （mV)U2（mV)U（mV)U1（mV)U2（mV)U（
21、mV)U1（mV)U2（mV)U（mV)042.60.232.442.20.242.041.50.142.442.00.07565%43.2-0.143.343.30.043.343.80.843.043.20.077510%44.40.144.344.60.244.544.30.244.144.30.079515%45.50.045.545.50.345.245.70.445.245.30.081320%46.90.446.546.40.146.345.8-0.346.146.30.083025%47.60.147.547.90.447.547.50.347.247.40.084930%48
22、.40.248.248.50.148.448.50.248.348.30.0866根据式=(U1-U2)/K*(D1+D2)计算出表面张力系数填入上表。通过描点画图得如下曲线：结论：NaCl溶液液体表面张力系数与浓度呈线性关系讨论及设想本实验探究了NaCl溶液液体表面张力系数与浓度之间的关系，得出的结论是成线性关系。我们有如下设想：一、通过用其他溶液进行实验，检验这种线性关系是普遍适用还是只有NaCl才存在这种线性关系；二、实验要求对温度进行控制，因此可以进行实验检验温度对液体表面张力的影响。三、我们实验刚开始因对水的使用不严格，导致数据差距很大，后统一使用蒸馏水而改善了这种状况，由此可以设想
23、水中的杂质是否对液体表面张力系数有影响。实验感想我们小组一开始从实验的选定就有很大分歧，其中又尝试了一个实验，却因此实验耗时长、数据不稳定而放弃。选择研究液体表面张力系数一开始的目的是想要测市场上各类牛奶的液体表面张力系数，想以此来区分牛奶的品质。但经过大量的资料查询，发现液体表面张力系数受很多因素的影响，而牛奶中成分较多不好测量。后来一致同意研究不同浓度的氯化钠溶液的表面张力系数，也得到了老师的肯定。因本实验需要严格控制氯化钠的浓度，而物理实验室没有相应的设备，因此在经得老师的同意后，我们小组借了一套硅压阻力敏传感器装置到化学实验室进行实验。虽然一切准备就绪，但没有了老师的指导，我们还是对此
24、迷茫了，对这个从没看到过的实验仪器，实在不知如何下手。后来只好边研究书本上对仪器的介绍，边摸索着尝试其使用。在终于弄懂该如何使用该仪器后，我们又对浓度梯度的设定表示了疑惑，最后决定先定下0、10%、20%、30%等值，若是数据没有规律我们再分出更小的浓度梯度进行实验比较。直到此时，实验才算真正的能进行下去。于是，我们马上行动起来，称量的赶紧去借电子天平称量，清洗仪器的马上动手，然后配置浓度不同的氯化钠溶液，根据实验步骤一步一步一丝不苟地执行下去。本来已经松一口气的我们，却发现需要记录的数据变化实在太快，稍微一眨眼就错失了最好的时机，没办法，我们只能一人控制仪器，其他三人都盯着输出电压的变化。如
25、果三人看到数据不统一，只好再一次的重复实验。就这样，我们对每个浓度就重复了四到六次实验，决定舍去误差最大的数据后去平均值进行计算。但由于那天时间已经很晚，我们决定先回去处理数据，若没有发现规律再抽时间来重新实验。但，庆幸的是，我们的努力没有白费，我们不仅发现了规律，计算出的液体表面张力系数误差也不大。到此，实验最麻烦的部分已经完成，就差收尾工作了。我们四个不禁欢呼一声。创新实验看着简单，实则所需精力心血不经历的人是无法想象的。从前期准备，到中期实验，到后期处理，所有的步骤，所有的事都得自己动手动脑，还要做好实验失败的心理准备。这样一个实验下来，让我对创新实验有了新的看法。它是对做实验的人的一个考验，也是对他能力的一种证明。若能真正独立完成一个创新实验，那么这个人也就具备了一定的知识、技能、创新、动手能力，更重要的是，将知识融会贯通，应用到实际生活中来。