南昌大学物理实验报告
课程名称：大学物理实验
实验名称：液体表面张力系数的测定
学院：管理学院专业班级：
学生姓名：学号：
实验地点：基础实验大楼608 座位号：
实验时间：第三周星期天下午四点开始
液体表面张力系数的测定实验报告
【实验目的】
1．了解水的表面性质，用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。
2．学会使用焦利氏秤测量微小力的原理和方法。
【实验仪器】
焦利秤，砝码，烧杯，温度计，镊子，水，游标卡尺等。
【实验原理】
液体表面层内分子相互作用的结果使得液体表面自然收缩．犹如紧张的弹性薄膜。由于液面收缩而产生的沿着切线方向的力称为表面张力。设想在液面上作长为L的线段，线段两侧液面便有张力f相互作用，其方向与L垂直，大小与线段长度L成正比。即有：
=α
F⋅
L
f
α称为液体表面张力系数，单位：N/m。
将一表面洁净的长为L、宽为d的矩形金属片(或金属丝)竖直浸入水中，然后慢慢提起一张水膜，当金属片将要脱离液面，即拉起的水膜刚好要破裂时，则有F=mg+f。其中，F为拉出时所用的力，mg为金属片和带起的水膜的总质量，f为表面张力。实验中利用金属圆环，则：
f=F-mg
【实验步骤】
1．安装好仪器，挂好弹簧．调节底板的三个水平调节螺丝，使焦利秤立柱竖直。在主尺顶部挂入吊钩再安装弹簧和配重圆柱体．使小指针被夹在两个配重圆柱中间，配重圆柱体下端通过吊钩钩住砝码托盘。调整小游标的高度使小游标左侧的
基准线大致对准指针，锁紧固定小游标的锁紧螺钉．然后调节微调螺丝使指针与镜子框边的刻线重合．当镜子边框上刻线、指针和指针的像重合时(即称为“三线对齐”)，读出游标0线对应刻度的数值L 0.
2．测母弹簧的倔强系数K ：依次增加1.0g 砝码．即将质量为1.0g ，2.0g ．3.0g ，…，9.0g 的砝码加在下盘内。调整小游标的高度．每次都重新使三线对齐，分别记下游标0线所指示的读数L1．L2，…，L9；再逐次减少1.0g 砝码．调整小游标的高度．每次都重新使三线对齐，分别记下游标。线所指示的读数L9’，L8’，…．L0’，取二者平均值，用逐差法求出弹簧的倔强系数。即 2
L -i
i i '=
L L )-(5154
i i i L L L +=∑=∆
3．测(F 一mg)值。将洁净的金属圆环挂在弹簧下端的小钩子上，调整小游标的高度使三线对齐．记下此时游标0线指示读数S 0。把装有蒸馏水的烧杯置于焦利平台上，调节平台位置，使金属片浸入水中，转动平台旋钮使平台缓缓下降，下降的过程中金属圆环底部会拉成水膜，在水膜还没有破裂时需调节三线对齐，然后再使平台下降一点，重复刚才的调节，直到平台稍微下降，金属圆环刚好脱出液面为止，记下此时游标0线所指示的读数S ，算出△S=S —S 0的值，即为在表面张力作用下弹簧的伸长量，重复测量5次，求出平均值，此时有F-mg=f=K △S
代入可得:
）
（21d d s
k +∆=
πγ
4．用卡尺测出d1，d2值，将数据代入式中即可算出水的α值。再记录室温，可查出此温度下蒸馏水的标准值α，并做比较.
【数据处理】
1.用逐差法计算弹簧的倔强系数K （实验温度：180C ）
==∆+=∑)-(5150
i i i L L L 18.234 mm
()=-∆-∆=
∑∆)15/(L L 2L i
σ0.139 mm
==
∆∆L 95
.0σn
t A 0.167 mm 05
.1仪
∆=
∆B =0.019 mm 22B A L ∆+∆=∆∆=0.168 mm
2．计算液体表面张力f
==
∆∆S 95
.0σn
t A 0.140 mm =∆=∆05
.1仪
B 0.019 mm
22S B A ∆+∆=∆∆=0.141 mm
3. 金属环外、内直径的测量(本实验直接给学生结果)
=+∆=
)
(21d d S
K πα0.0256 N/m
3．计算表面张力系数α及不确定度
=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+∆=∆∆2
S 212K 21)
(K )(d d d d S ππα0.0909 N/m
()2
L 2K L g 5-⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛∆∆=
∆∆
4. 表面张力系数的理论值：=⨯-≈-m N t /10)1
5.05.75(3α0.0728 N/m
【误差分析】
1. 由于水是自来水,其中还有漂白粉,金属离子等杂质,故导致实验误差较大!
2. 操作中,无法保证金属环面水平,使得液膜提前破裂,导致出现误差.
3. 读数时很难保证绝对静止时读数,导致读数的人为误差.
4. 由数据的标准差可知,数据偏离程度较大, 拟合程度不好
5. 实验的焦利秤立柱未达到竖直. 【思考题】
1. 用焦利称测量微小力的依据是什么？
答：焦利称就是一个弹簧测力计，它的刻度分度值为0.02mm ，三线合一时可以精确测量。
2．金属圆环浸入水中，然后轻轻提起到底面与水面相平时，试分析金属圆环在竖直方向的受力。
答：受到竖直向下的重力，收到向下的液体表面张力，粘附在金属环上的液珠的重力，以及金属丝对圆环向上拉力。
3． 分析（2）式成立的条件，实验中应如何保证这些条件实现？
答：实验器材保持洁净，不用手触摸，用镊子夹取。保持金属环底部水平，实验环境的稳定。
4． 本实验中为何安排测（F —mg ），而不是分别测F 和mg ？ 答：F 和mg 无法直接测量
5. 本实验影响测量的主要因素有哪些？这些因素使α偏大还是偏小？
答：温度因素，温度升高结果偏小。待测液纯度，杂质越多结果越小。操作因素，具体情况具体分析。
【附上原始数据】
