1、大連理工大學大物實驗水表面張力系數的測定實驗報告篇一：水表面張力系數的測定 實驗報告 大連理工大學 大學物理實驗報告 院（系）材料學院專業材料物理班級0705 姓名童凌煒學號200767025實驗臺號 實驗時間2008年12月03日，第15周，星期三第5-6節 實驗名稱水表面張力系數的測定 教師評語 實驗目的與要求： （1） 理解表面張力現象。 （2） 用拉脫法測定室溫下水的表面張力系數。 主要儀器設備： FD-NST-I型液體表面張力系數測定儀、砝碼、鑷子及其他相關玻璃器皿。 實驗原理和內容： 分子間的引力和斥力同時存在，它們以及它們合力的大小隨著分子間的距離的變化關系如圖所示 對液體表面張

2、力的理解和解釋： 在液體和氣體接觸的表面有一個薄膜，叫做表面層，其宏觀上就好像是一張繃緊了的橡皮膜，存在沿著表面并使表面趨于收縮的應力，這種力稱為表面張力。 計算張力時可以做如下的假設：想象在表面層上有一條長度為L的分界線，則界限兩端的表面張力方向垂直于界限，大小正比于L，即f=L（為液體表面張力系數）。 實驗中，首先吊環是浸潤在水中的，能夠受到表面張力的拉力作用。 測定儀的吊環緩慢離開水面，將拉起一層水膜，并受到向下的拉力f拉。由于忽略水膜的重力和浮力， 吊環一共受到三個力，即重力W、液面的拉力f拉、傳感器的彈力F F?f拉?W 試驗中重力是常量，而與表面張力相關的拉力卻隨著水膜的拉伸而增大

3、。水膜被拉斷前瞬間的f拉，就是表面張力f。 圓環拉起水膜與空氣接觸有兩個表面層，若吊環的內、外直徑分別為D1、D2,則界限長度 L=D1+D2。根據界線思想定義的張力計算式得f=L，則有 F?（D1+D2） 水膜被拉斷前傳感器受力F1 F1?（D1+D2）+W 在水膜拉斷后傳感器受力F2 F2?W 由上面兩式得水的表面張力系數的計算公式為 ? F1?F2 ?(D1?D2) 步驟與操作方法： （1）力敏傳感器的定標 i. 開機預熱10分鐘。 ii. 將儀器調零后，改變砝碼重量，再記錄對應的電壓值。得到U-G關系，完成傳感器的 定標。 （2）水的表面張力及吊環內外徑的測量 i. 測量吊環的內徑D1

4、和外徑D2（各測量4次取平均）。 ii. 嚴格處理干凈吊環。先用NaOH溶液洗凈，再用清水沖洗干凈。 iii. 在升降臺上安放好裝有清水的干凈玻璃皿，并掛上吊環，調節吊環水平（此步重要， 細微的水平位置偏差將導致結果出現誤差）。 iv. 升高平臺，當吊環下沿部分均浸入水中后，下降平臺。觀察環浸入液體中及從液體中 拉起時的物理過程和現象，記錄吊環即將拉斷液面前瞬間的電壓表讀數V1和拉斷后的電壓表讀數V2（該步驟重復8次）。 數據記錄與處理： 以下為測量所得的直接數據 （1） 儀器的定標 （2） 表面張力-電壓的測量 （3） 圓環的內外徑 結果與分析： 一、張力儀的定標 Vai?Vbi ，F?mg

5、，得到一下結果 從已知數據，令 Vi? 設兩者存在關系V=kF，使用LINEST函數直接對數據進行直線擬合，得到 k=3444.01203 接下來使用MLS計算Uk： avgV_all SUMFi =58.763 SUMv=0.8978mv2 Sv =0.358133547 0.003362 Sk? Sv ?F 2 ?6.176473639 i Uk=Sk*t7=6.176473639*2.36=14.57647779 修約后的Uk=1*10mV/N k的最終結果為(3.4±0.01)*103mV/N 1 得到V-F關系方程為V=3400*F 二、拉力電壓數據的處理 斷膜瞬間電壓V1

6、 0.322067817 2.36 mV Uv1b =0.1mV avgV1_all =96.0875mV Sv1 t7 Uv1a Uv1 SUMV1i=5.80875 =Sv1*t7= 0.76008mV 0.76663mV 0.8mV 96.1±0.8 修約后的Uv1 V1的最終結果為 斷膜后電壓V2 mV Uv2b =0.1mV avgV2_all =45.825mV Sv2 t7 Uv2a Uv2 修約后的Uv2 V2的最終結果為 0.07007 2.36 =Sv1*t7= 0.16538mV 0.19326mV 0.2mV 45.8±0.2 SUMV1i=0.27

7、5 三、圓環內外徑數據的處理 D1avg=34.81mm，D2avg=33.21mm UD1=UD2=0.02mm 得到內外徑的最終結果為 四、水表面拉力系數的計算與處理 根據以上數據，代入計算公式得到? 2 2 F1?F2 ?(D1?D2) 2 2 ?0.069251676 Uv1?Uv2Uk2UD1?UD2?()?0.000250345 又U?(1?2)2(1?2)2 修約后的U=0.0002 得到張力系數最終結果為=(69.2±0.2)*10-3N/m 討論、建議與質疑： （1） 吊環剛剛接觸水面時，電壓讀數會躍變至一個較大值，然后在慢慢變小。因為在剛剛接觸水 表面時，水和吊環

8、產生了浸潤的現象，在吊環壁產生了一圈水膜，此時即存在張力，表現為對吊環向下的拉力，所以吊環剛剛接觸水面時，傳感器所受拉力會突然變大。 （2） 引起誤差的原因會有一下幾點： 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 篇二：水的表面張力系數測定-實驗數據處理與分析 實驗數據處理與分析 I張力儀的定標 由已知數據，令?=?1+?2 2 ，?=? 得到以下結果： 得到線性函數V=kF+b的函數解析式為V = 3616

9、.69F-0.4006；即得到k=3616.69;b=-0.4006. 接下來計算?；?： 2 7(?) ?= 6 ?= ?=0(?) ?=? ?=0 +8=0.0472 )(? ? ? 1 ?=?6=2.3047*2.45=5.6465?=?6=0.0472*2.45=0.1156 修約后的?=6mV/N；?=0.1mV. 故k=(3617±6)mV/N；b=(-0.4±0.1)mV 得出 V=(3617±6)F+(-0.4±0.1). II. 表面張力-電壓數據的處理 斷膜瞬間電壓V?： ?= ?7 2 7(?) ?7=2.36 ?=0.1mV ?=

10、 ?2+?2 =0.43mV修約后的?=0.4mV 故V=(92.9±0.4)mV. 斷膜后電壓?： ?= ?7 2 7?=0(?) =0.07 ?7=2.36 ?=0.1mV ?= ?2+?2=0.12mV 修約后的?=0.1mV. 故?=(41.7±0.1)mV. III. 圓環內外徑數據的處理 ?=34.90mm ; ?=33.20mm 本次實驗只測量一組數據，故?=?=0. 游標卡尺精確度為0.05mm，故?=?=0.05mm. 故?=(34.90±0.05)mm ; ?=(33.20±0.05)mm. IV. 水表面張力系數的計算與處理 根據以

11、上數據，代入計算公式得到? =?(? ? 1+?2) 2?2+?2?4?4?=? +(+×10N/m,修約為?=6×10N/m. ?) + )( ? ? ? ?2+?2 得到水的表面張力系數=(660±6)×10?4N/m. 討論、建議與質疑 I思考題 (見實驗預習報告) II對本實驗的體會與改進建議： 本實驗中最終要的測量步驟是測量吊環與水膜斷開瞬間的電壓值，由于是瞬時值，故對操作的要求很高。在實驗中可以發現，當液面從最高點（此時認為吊環已經浸潤）開始下降時，傳感器的電壓示數呈現如下的變化規律：一開始電壓隨液面的下降而上升，此時可以較快地旋轉升降螺母使液面下降；電壓上升到某一較大值后，將在一段時間內維持不變，此時表明水膜的拉力以達到最大值，應放慢螺母旋轉的速度，使水面緩慢下降；之后電壓將呈現下降的趨勢，這時說明水膜即將破裂，應極其緩慢地旋轉螺母，保證液面平穩下降且不產生波紋，同時密切注意電壓讀數和水膜狀態，一面觀察水膜，一面逐個記憶讀數，當水膜破裂瞬間得到的讀數，即為所需的測量值。 做實驗中發現: 吊環儀器的制作比較粗糙，用于懸掛的金屬絲長度不整且有較嚴重的扭曲，這些都不利于吊環的水平位置調節。因此建議對吊環儀器應當精密制作，使用三根等長的金屬絲，拴在吊環中心對稱且等高的三個孔上，并且上端在同一長度位置上擰