拉脱法表面张力的测定实验报告.docx
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拉脱法表面张力的测定实验报告
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拉脱法表面张力的测定实验报告
篇一：
用拉脱法测定液体表面张力系数物理实验报告
用拉脱法测定液体表面张力系数
液体表层厚度约10
?
10
m内的分子所处的条件与液体内部不同，液体内部每一分子被周
围其它分子所包围，分子所受的作用力合力为零。
由于液体表面上方接触的气体分子，其密
度远小于液体分子密度，因此液面每一分子受到向外的引力比向内的引力要小得多，也就是说所受的合力不为零，力的方向是垂直与液面并指向液体内部，该力使液体表面收缩，直至达到动态平衡。
因此，在宏观上，液体具有尽量缩小其表面积的趋势，液体表面好象一张拉紧了的橡皮膜（:
拉脱法表面张力的测定实验报告）。
这种沿着液体表面的、收缩表面的力称为表面张力。
表面张力能说明液体的许多现象，例如润湿现象、毛细管现象及泡沫的形成等。
在工业生产和科学研究中常常要涉及到液体特有的性质和现象。
比如化工生产中液体的传输过程、药物制备过程及生物工程研究领域中关于动、植物体内液体的运动与平衡等问题。
因此，了解液体表面性质和现象，掌握测定液体表面张力系数的方法是具有重要实际意义的。
测定液体表面张力系数的方法通常有：
拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。
本实验仅介绍拉脱法。
拉脱法是一种直接测定法。
【实验目的】
1．了解Fb326型液体的表面张力系数测定仪的基本结构，掌握用标准砝码对测量仪进行
定标的方法，计算该传感器的灵敏度。
2．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，加深对物理规律的认识。
3．掌握用拉脱法测定纯水的表面张力系数及用逐差法处理数据。
【实验原理】
如果将一洁净的圆筒形吊环浸入液体中，然后缓慢地提起吊环，圆筒形吊环将带起一层液膜。
使液面收缩的表面张力f沿液面的切线方向，角?
称为湿润角（或接触角）。
当继续提起圆筒形吊环时，?
角逐渐变小而接近为零，这时所拉出的液膜的里、外两个表面的张力f均垂直向下，设拉起液膜破
裂时的拉力为F，则有
F?
（m?
m0）g?
2f
（1）
式中，m为粘附在吊环上的液体的质量，m0为吊环质量，因表面张力的大小与接触面周边界长度成正比，则有2f?
?
（D内?
D外）?
?
（2）比例系数?
称为表面张力系数，单位是n/m。
?
在数值上等于单位长度上的表面张力。
式中l为圆筒形吊环内、外圆环的周长之和。
?
?
F?
（m?
m0）g
（3）
?
（D内?
D外）
由于金属膜很薄，被拉起的液膜也很薄，m很小可以忽略，于是公式简化为：
?
?
F?
m0g
（4）
?
（D内?
D外）
表面张力系数?
与液体的种类、纯度、温度和它上方的气体成分有关。
实验表明，液体的温度越高，?
值越小，所含杂质越多，?
值也越小。
只要上述这些条件保持一定，?
值就是一个常数。
本实验的核心部分是准确测定F?
m0g，即圆筒形吊环所受到向下的表面张力，我们用Fb326型液体的表面张力系数测定仪测定这个力。
【实验仪器】
Fb326型液体的表面张力系数测定仪主要结构是：
1、底座；2、立柱；3、横樑；4、
压阻力敏传感器；5、数字式毫伏表；6、有机玻璃器皿（连通器）；7、标准砝码（砝码盘）；8、圆筒形吊环。
【实验内容】
1、开机预热15分钟。
2、清洗有机玻璃器皿和吊环。
3、在有机玻璃器皿内放入被测液体。
4、将砝码盘挂在力敏传感器的钩上。
5、若整机已预热15分钟以上，可对力敏传感器定标，在加砝码前应首先读取电子秤的初读数u0（该读数包括砝码盘的重量），（注：
对于加有调零装置的仪器，可以通过调节机箱后面的调零旋钮，使初读数为零）。
然后每加一个500.00mg砝码，读取一个对应数据（mV），记录到表格中，注意安放砝码时动作要应尽量轻巧。
用逐差法求力敏传感器的转换系数
K?
?
（n/mV）。
6、换吊环前应先测定吊环的内外直径，然后挂上吊环，读取一个对应数据（mV），在测定液体表面张力系数过程中，可观察到液体产生的浮力与张力的情况与现象，逆时针转动活塞调节旋钮，使液体液面上升，当环下沿接近液面时，仔细调节吊环的悬挂线，使吊环水平，然后把吊环部分浸入液体中，这时候，按下面板上的按钮开关，仪器功能转为峰值测量，接着缓慢地顺时针转动活塞调节旋钮，这时液面逐渐往下降（相对而言即吊环往上提拉），观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象。
当吊环拉断液柱的一瞬间数字电压表显示拉力峰值V1并自动保持该数据。
拉断后，释放按钮开关，电压表恢复随机测量功能，静止后其读数值为u2，记下这个数值。
连续做5次，求平均值。
表面张力系数?
?
2f?
?
V1?
V2?
K
L
?
D内?
D外【数据记录】
1．用逐差法求仪器的转换系数K（n/mV）数据记录表格
先记录砝码盘等作为初读数u0?
_________mV，然后每次增加一个砝码
m?
500.00mg，（该标准砝码符合国家标准，相对误差为0.005%）
?
K?
1
.00mg对应的电子秤的mV读数，则?
?
u1?
?
u2?
?
u3?
?
u4?
2000
4
gm
?
____________（n/mV）2.用拉脱法求拉力对应的电子秤读数
水温（室温）________________℃，电子秤初数V0________________（mV）
4.计算?
及不确定度：
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
2
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
2
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
22
?
?
?
?
5.从附录中查出室温下水的表面张力系数?
的理论值，把实验结果与此值比较求相对误差，并与实验值?
对比对实验结果进行分析。
篇二：
用拉脱法测定液体的表面张力系数实验
实验二、用拉脱法测定液体的表面张力系数
液体表层厚度约10
?
10
m内的分子所处的条件与液体内部不同，液体内部每一分子被
周围其它分子所包围，分子所受的作用力合力为零。
由于液体表面上方接触的气体分子，其密度远小于液体分子密度，因此液面每一分子受到向外的引力比向内的引力要小得多，也就是说所受的合力不为零，力的方向是垂直与液面并指向液体内部，该力使液体表面收缩，直至达到动态平衡。
因此，在宏观上，液体具有尽量缩小其表面积的趋势，液体表面好象一张拉紧了的橡皮膜。
这种沿着液体表面的、收缩表面的力称为表面张力。
表面张力能说明液体的许多现象，例如润湿现象、毛细管现象及泡沫的形成等。
在工业生产和科学研究中常常要涉及到液体特有的性质和现象。
比如化工生产中液体的传输过程、药物制备过程及生物工程研究领域中关于动、植物体内液体的运动与平衡等问题。
因此，了解液体表面性质和现象，掌握测定液体表面张力系数的方法是具有重要实际意义的。
测定液体表面张力系数的方法通常有：
拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。
本实验仅介绍拉脱法。
拉脱法是一种直接测定法。
【实验目的】
1．了解Fb737新型焦利氏秤实验仪的基本结构，掌握用标准砝码对测量仪进行定标的方法；2．观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象,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。
3．掌握用拉脱法测定纯水的表面张力系数及用逐差法处理数据。
【实验原理】
1．测量公式推导：
当逐渐拉提冂形铝片框时，?
角逐渐变小而接近为零，这时所拉出的液膜前后两个表面的表面张力f均垂直向下。
设拉起液膜将破裂时的拉力为F，则有
F?
（m?
m0）?
g?
2f
（1）式中：
m为粘附在框上的液膜质量，m0为线框质量。
因表面张力的大小与接触面周界长度成正比，则有：
2f?
2?
?
（L?
d）
（2）比例系数?
称表面张力系数，单位为n/m。
由
（1），
（2）式得：
?
?
F?
（m?
m0）?
g
（3）
2（L?
d）
由于冂形铝片框很薄，被拉起的水膜很薄，m较小，可以将其忽略，且一般有L?
?
d，那么L?
d?
L，于是（3）式可以简化为：
?
?
F?
m0?
g
（4）
2L
2．用Fb737新型焦利氏秤实验仪来测量F?
m0
?
g值：
Fb737新型焦利氏秤实验仪相当
于一个精密的弹簧称，常用于测量微小的力，根据胡克定理制作而成。
如果测出冂形铝片框浸入液体时弹簧下端位置的读数s1，然后测出冂形铝片框被缓缓提起，在液膜被拉脱瞬间弹簧下端位置的读数s2，则有：
F?
m0?
g?
K?
（s2?
s1）
K?
（s2?
s1）这样，?
?
（5）
2L
实验只需测出弹簧倔强系数K,s1,s2以及冂形铝片框的宽度L，便可由（5）式求得所测液体的表面张力系数。
【实验仪器】
Fb737新型焦利氏秤实验仪、水槽及平台升降调节装置等
【实验内容及步骤】
1.Fb737新型焦利氏秤实验仪的定标：
（1）按图3安装好实验仪器并利用铅锤线调节仪器底座为水平状态；
（2）在主尺顶部安装1#弹簧，再依次挂入带配重块的指针吊钩、砝码托盘，松开顶端挂钩锁紧螺钉，旋转顶端弹簧挂钩，使小指针正好轻轻靠在平面镜上（注意：
力度要适当，若靠得太紧，可能会因摩擦太大带来附加的系统误差），以便准确读数。
（3）调整小游标的高度使小游标平面镜的基准刻线大致对准指针，锁紧固定小游标的锁紧
螺钉，然后调整视差，先让指针与镜子中的虚像重合，再细心调节小游标上的调节螺母，
使得小游标平面镜上的基准刻线、指针以及指针在镜子中的虚像三线重合。
通过主尺和游标尺读出读数（读数原理和方法与游标卡尺相同）。
（4）然后在砝码托盘中放入0.500g砝码，再重复实验步骤（3），读出此时指针所在的位置值。
逐个放入7个0.500g砝码，通过主尺和游标尺依次读出每个砝码放入后小指针的位置，再依次把这7个砝码取下托盘，记下对应的位置值。
（5）根据每次放入或取下砝码时弹簧所受的重力和对应的拉伸值，用逐差法计算弹簧的倔强系数K。
2．用拉脱法测定液体的表面张力系数：
（1）先将冂形铝片用镊子夹住用碱溶液清洗，以除去油污，再用清水洗去碱溶液。
然后将其挂于砝码盘下的小钩上。
（2）调节游标位置，在“三线对齐”条件下，记录初读数s1。
（3）在水槽⑧中加满水（或其它液体），调节平台升降旋钮⑩，将冂形铝片浸入液体中，先把滚花螺母③调节到靠近游标滑块的位置，以便水槽平台下降时，可以调节滚花螺母③使游标滑块下降，满足调节“三线对齐”的要求。
（4）缓慢地调节平台升降旋钮⑩，使水槽缓慢地下降，门形铝片框逐渐被拉起（相对液体平面而言），同时调节滚花螺母③，使游标滑块指针跟踪下降，始终保持“三线对齐”。
（5）直到门形金属框与液面拉脱（直到水膜破裂为止），立即停止操作，记下s2。
（6）重复以上步骤进行多次测量，记下每次读数s1和s2，分析s2i?
s1i的离散性，取相近的5组数据作为测量结果。
（7）用游标尺或米尺测量冂形铝片框宽度L，重复5次，测量时要防止金属框变形。
【数据与结果】
1．对实验仪进行定标，将测试数据记入表3，用逐差法求弹簧的倔强系数K；2．用拉脱法测量液体表面张力，记录弹簧的伸长量?
s。
（1）数据记录参考表
1．用逐差法求仪器弹簧的屈强系数K（n/m）：
数据记录表格
先记录砝码盘等作为初读数x0?
_________10?
3mm，然后每次增加一个砝码（该标准砝码符合国家标准，相对误差为0.005%）m?
500.00?
10?
6kg，
表格3
?
?
x1?
?
x2?
?
x3?
?
x4?
500.00?
10?
6kg对应的测定仪的10?
3m读4
g?
m
?
____________（n/m）数,则K?
?
2．用拉脱法测定s1,s2，计算液体的表面张力系数：
表格4水温（室温）?
c?
仪?
0.5?
10?
3m
?
s?
2
1
?
?
s1?
?
s2?
?
?
?
s5?
5
2
2
?
?
s?
s?
s?
?
仪于是：
?
s?
?
s?
?
?
s3．多次测量冂形框的宽度：
l?
?
?
l4．计算?
及不确定度：
?
2
2
?
?
s
2l
2
2
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
a?
?
?
k?
?
?
?
s?
?
?
t?
?
a?
?
K?
?
?
s?
?
l?
最后，把结果表示为：
?
?
?
?
?
5．对实验结果作出分析和评判：
查出室温下水的表面张力系数?
的理论值，以此值作为近似真值，求测量结果的误差并与?
?
比较。
【思考题】
1．什么叫表面张力?
表面张力系数与哪些因素有关?
2．在推导测量公式3时,作了哪些近似?
式中各量的物理意义是什么?
3．拉脱法的物理本质是什么?
4．若考虑拉起液膜的重量,实验结果应如何修正?
【附录1】蒸馏水与空气为界的表面张力系数与温度的关系
篇三：
实验报告-液体表面张力系数的测量
1.实验名称
液体表面张力系数的测量2.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，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。
（3）测量纯水和其它液体的表面张力系数。
（4）测量液体的浓度与表面张力系数的关系（如酒精不同浓度时的表面张力系数）3.实验原理:
主要原理公式及简要说明、原理图
（1）液体表面张力f
表面张力f是存在于液体表面上任何一条分界线两侧间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，大小与分界线的长度成正比，即
f?
?
L
（1）
式中?
称为液体的表面张力系数，单位为nm-1。
实验证明，表面张力系数的大小与液体的温度、纯度、种类和它上方的气体成分有关。
温度越高，液体中所含杂质越多，则表面张力系数越小。
（2）液膜拉破前瞬间受力分析
将内径为D1，外径为D2的金属环悬挂在测力计上，然后把它浸入盛水的玻璃器皿中。
当缓慢地向上金属环时，金属环就会拉起一个与液体相连的水柱。
由于表面张力的作用，测力计的拉力逐渐达到最大值F（超过此值，水柱即破裂），则F应当是金属环重力mg与水柱拉引金属环的表面张力f之和，如图1所示。
即
图1液膜拉破前瞬间受力分析图
F?
mg?
f
（2）
由于水柱有两个液面，且两液面的直径与金属环的内外径相同，则有
f?
?
?
（D1?
D2）（3）
表面张力系数的值一般很小，测量微小力必须用特殊的仪器。
本实验用FD-nsT-I型液体表面
张力系数测定仪用到的测力计是硅压阻力敏传感器，该传感器由弹性梁和贴在梁上传感器芯片组成，其中芯片由四个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥。
当外界压力作用与金属梁时，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u大小与所加外力F成正比，即
u?
KF（4）
式中K表示力敏传感器的灵敏度，单位V/n。
（3）液体表面张力系数
吊环拉断液柱的前一瞬间，吊环受到的拉力为F1?
mg?
f；拉断时瞬间，吊环受到的拉力为F2?
mg。
若吊环拉断液柱的前一瞬间数字电压表的读数值为u1，拉断时瞬间数字电压表的读数值为u2，则有
f?
F1?
F2（5）
故表面张力系数为
?
?
u1?
u2
（6）
?
（D1?
D2）K
4．实验内容
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，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中，挂上砝码盘，调节电子组合仪上的补偿电压旋钮，使数字电压表显示为零。
（3）在砝码盘上分别加0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g等质量的砝码，记录相应这些砝码力F作用下，数字电压表的读数值u。
2.环的测量与清洁
（1）用游标卡尺单次测量金属圆环的外径D1和内径D2。
（2）环的表面状况与测量结果有很大的关系。
实验前应将金属环状吊片在naoh溶液中浸泡20-30秒，然后用净水洗净。
（3）测量液体的表面张力系数
①将金属环状吊片挂在传感器的小钩上，调节升降台，将液体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。
如果不平行，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。
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面，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一环形液膜，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和液膜拉断后一瞬间数字电压表读数值u2。
重复测量6次。
（3）将实验数字代入公式（4-47）和（4-46），求出液体表面张力系数，并与标准值进行比较。
4.注意事项
（1）吊环须严格处理干净。
可用naoh溶液洗净油污或杂质后，用清洁水冲洗干净，并
用热吹风烘干。
（2）吊环水平须调节好，注意偏差10，测量结果引入误差为0.5%；偏差20，则误差1.6%。
（3）仪器开机需预热15分钟。
（4）在旋转升降台时，尽量使液体的波动要小。
（5）工作室不宜风力较大，以免吊环摆动致使零点波动，所测系数不正确。
（6）若液体为纯净水。
在使用过程中防止灰尘和油污及其它杂质污染。
特别注意手指不要接触被测液体。
（7）力敏传感器使用时用力不宜大于0.098n。
过大的拉力传感器容易损坏。
（8）实验结束须将吊环用清洁纸擦干，用清洁纸包好，放入干燥缸内。
6．实验仪器：
主要实验主要仪器的名称、型号及主要技术参数（测量范围和仪器误差）
（1）实验仪器
FD－nsT型液体表面张力系数测定仪，力敏传感器，吊环，液体皿，数字电压表。
（2）仪器介绍
FD－nsT型液体表面张力系数测定仪技术指标
①硅压阻力敏传感器：
受力量程0-0.098n；灵敏度约3.00V/n（用砝码质量作单位定标）。
②供电电压：
直流5-12V。
7．数据记录及处理：
①数据记录
表1硅压阻力敏传感器的定标
表2水的表面张力系数测量
t=20度，D1=32.00mm，D2=35.00mm
②数据处理
硅压阻力敏传感器灵敏度的确定
根据表1数据，利用作图法求得传感器灵敏度K=3.00V/n③所测空气比热容比的平均值为：
?
?
?
u47.3
?
?
0.0749
?
K（D1?
D2）3.14?
3?
（32.00?
35.00）
相对不确定度和不确定度的计算如下：
ur?
?
?
ln?
2?
ln?
2?
ln?
22
）（u?
u）?
（）（uD1）2?
（）（uD2）2?
?
u?
D1?
D2
6
s?
u?
（?
u?
i
?
1
1i
?
?
u1）2
?
0.2720
6?
1
Δ仪=0.1mV
u?
u?
A?
ub?
22
s?
u?
?
仪?
0.2898
22
ln?
?
ln（?
u）?
ln（?
K）?
ln（D1?
D2）
?
ln?
1?
?
1.584?
10?
6?
?
u?
K（D1?
D2）
?
ln?
u
?
?
1.1182
?
D1?
K（D1?
D2）?
ln?
u
?
?
1.118?
D2?
K（D1?
D2）2
ur?
?
?
ln?
2?
ln?
2?
ln?
22
）（u?
u）?
（）（uD1）2?
（）（uD2）2
?
?
u?
D1?
D2
22
?
1.584?
10-6）（0.2898?
10-3）?
1.1182?
（0.02?
10-3）?
2
?
0.003%
u?
?
?
?
ur?
?
0.0749?
0.003%?
3?
10-6
用不确定度表示空气比热容比的测量结果如下：
?
?
?
?
u?
?
（7.49?
0.0003）?
10-2n/m
ur?
u
?
?
?
100%?
0.004%?
8.数据分析相对误差计算：
9.误差分析
本实验中采用硅压阻力敏传感器张力测定仪来测量室温下纯水的表面张力系数，测得20度下，纯水的表面张力系数为74.90×10-3n/m，与理论值72.75×10-3n/m相比偏大，相对误差为2.9%，造成误差的主要原因有：
（1）薄膜的重量、金属环所受浮力、接触角等因素造成的系统误差，
（2）和平台引起的液面振动、圆环的净化处理、液体浸润不充分、外界环境变化（如空气流动）等因素造成的偶然误差。
为减小误差，实验前应对实验物体作净化处理，操作时动作要平稳连续，减少振动，但操作不宜过慢。
10.结果的分析讨论
本实验中采用硅压阻力敏传感器张力测定仪来测量室温下纯水的表面张力系数，测得20度下，纯水的表面张力系数为74.90×10-3n/m，与理论值72.75×10-3n/m相比偏大，相对误差为2.9%，误差原因已经在前面进行了分析。
?
理?
?
测0.0749?
0.0728
?
100%?
?
100%?
2.9%
?
理0.0728
升级会员 