液體表面張力系數(shù)的測定報告模板.doc
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液體表面張力系數(shù)的測定實驗報告模板 【實驗目的】 1.了解水的表面性質,用拉脫法測定室溫下水的表面張力系數(shù)。 2.學會使用焦利氏秤測量微小力的原理和方法。 【實驗儀器】 焦利秤,砝碼,燒杯,溫度計,鑷子,水,游標卡尺等。 【實驗原理】液體具有盡量縮小其表面的趨勢,好像液體表面是一張拉緊了的橡皮膜一樣。這種沿著表面的、收縮液面的力稱之為表面張力。測量表面張力系數(shù)的常用方法:拉脫法、毛細管升高法和液滴測重法等。此試驗中采用了拉脫法。拉脫法是直接測定法,通常采用物體的彈性形變(伸長或扭轉)來量度力的大小。液體表面層內的分子所處的環(huán)境跟液體內部的分子不同。液體內部的每一個分子四周都被同類的其他分子所包圍,他所受到的周圍分子合力為零。由于液體上方的氣象層的分子很少,表層內每一個分子受到的向上的引力比向下的引力小,合力不為零。這個力垂直于液面并指向液體內部。所以分子有從液面擠入液體內部的傾向,并使得液體表面自然收縮,直到處于動態(tài)平衡。 表面張力 f 與線段長度 L 成正比。即有: f = αL (1) 比例系數(shù)α 稱為液體表面張力系數(shù),其單位為Nm-1。 將一表面潔凈的長為 L、寬為 d 的矩形金屬片(或金屬絲)豎直浸入水中,然后慢慢提 起一張水膜,當金屬片將要脫離液面,即拉起的水膜剛好要破裂時,則有 F = mg + f (2) 式中 F 為把金屬片拉出液面時所用的力;mg 為金屬片和帶起的水膜的總重量; f 為表面張力。此時, f 與接觸面的周圍邊界 2(L+ d ),代入(2)式中可得α = F ? mg2( L + d ) 本實驗用金屬圓環(huán)代替金屬片,則有 α = F ? mg π (d1 + d2 ) 式中 d1、d2 分別為圓環(huán)的內外直徑。 【實驗步驟】1.調 “三線對齊” 2. 測量彈簧的倔強系數(shù) K 3.測(F-mg)值。 F ? mg = f = K ?S 代入得 K α = ?S π (d + d ) 1 2 4.用卡尺測出 d1、d2 值,將數(shù)據(jù)即可算出水的α 值。 5. 再記錄室溫,可查出此溫度下蒸餾水的標準值α ,并做比較。 四、強調注意事項: 1.由于雜質和油污可使水的表面張力顯著減小,所以務必使蒸餾水、燒杯、金屬片保 持潔凈。 2.清潔后的用具,切勿用手觸摸,應有鑷子取出或存放。 3.測量 S 時要避免水膜提前破裂,否則實驗誤差較大,其中引起水膜提前破裂的因素 有:桌面的震動,空氣的流動,金屬圓環(huán)底部不水平等?!緮?shù)據(jù)處理】 1.用逐差法計算彈簧的倔強系數(shù)(實驗溫度:180C) 砝碼數(shù) 增重讀數(shù)(mm) 減重讀數(shù)(mm) 平均數(shù)(mm) (mm) 0 246.82 246.32 246.57 49.56 1 255.78 254.82 255.05 50.00 2 264.62 264.44 264.61 50.60 3 275.44 275.32 275.38 50.69 4 284.32 285.42 284.87 49.95 5 296.44 295.82 296.13 6 305.22 304.88 305.05 7 315.24 315.18 315.21 8 326.32 325.82 326.07 9 334.52 335.12 334.82 50.16 =0.976 0.485 0.584 =0.02mm =0.560 =0.010 2.計算液體表面張力 次數(shù) 初始位置S0(mm) 水膜破裂時讀數(shù)Si(mm) ΔS=Si-S0(mm) (mm) 1 245.60 247.76 2.16 2.05 2 238.82 240.70 1.88 3 231.62 233.84 2.22 4 224.42 226.56 2.14 5 217.48 219.32 1.84 0.188 0.226 0.02mm =0.226 3. 金屬環(huán)外、內直徑的測量(本實驗直接給學生結果) 平均值(mm) d1 34.92 d2 33.12 0.009 3.計算表面張力系數(shù)及不確定度 0.462 4.表面張力系數(shù)的理論值:0.0728 【誤差分析】 1. 定標時砝碼盤搖晃,會使傳感器受到大于砝碼盤(含砝碼)重力的力的作用,這會導致測得的電壓值偏大,致使定標獲得的k過大,導致最后求得的結果偏小 2. 如果吊環(huán)不水平,則會導致水面在下降過程中,水膜并不是同時破裂,實際作用于吊環(huán) 的水膜長度只是吊環(huán)周長的一小部分,這會會導致最后求得的結果偏小 3. 測定儀測量電壓值并不是連續(xù)的,需要一定的時間來進行反應,若在水膜即將破裂時水面下降過快,傳感器尚未顯示出實際的最大電壓值, 吊環(huán)就已經(jīng)脫離水面。這樣會導致所測得的張力過小,從而導致求得的系數(shù)過小; 【思考題】 1. 用焦利稱測量微小力的依據(jù)是什么? 答:如果我們在砝碼托盤上加X克砝碼,彈簧伸長了某一長度,細金屬桿上鏡中的標線即向下移動,此時三線不再重合.轉動旋鈕使管向上移動,因而細金屬桿也隨之向上移動.當三線又重合時,在管及管的游標上可讀出第二個讀數(shù),該讀數(shù)與第一個讀數(shù)這差就是彈簧在增加X克重量時所伸長的長度. 2.金屬圓環(huán)浸入水中,然后輕輕提起到底面與水面相平時,試分析金屬圓環(huán)在豎直方向的受力。 答:豎直向下的重力,液體表面張力沿豎直方向向下的分力,彈簧拉力 3. 分析(2)式成立的條件,實驗中應如何保證這些條件實現(xiàn)? 答:(2)式在欲脫離水膜而又恰未脫離的極限狀態(tài)時成立,應該保證金屬圓環(huán)水平拉 出水面 4. 本實驗中為何安排測(F—mg),而不是分別測F和mg? 答:因為直接測F比較麻煩,而且F改變得較小,可能需要力傳感器,實現(xiàn)起來不方便也不簡單。 5. 本實驗影響測量的主要因素有哪些?這些因素使偏大還是偏小? 答:實驗表明,與液體種類、純度、溫度和液面上方的氣體成分有關,液體溫度越 高a值越小,液體含雜質越多,值越小,只要上述條件保持一定,則是一個常數(shù) 原始數(shù)據(jù):- 配套講稿:
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