PAGEPAGE4液體表面張力系數(shù)的測量【實驗?zāi)康摹空莆沼庙来a對硅壓阻式力敏傳感器定標(biāo)的方法，并計算該傳感器的靈敏度了解拉脫法測液體表面張力系數(shù)測定儀的結(jié)構(gòu)、測量原理和使用方法，并用它測量純水表面張力系數(shù)。觀察拉脫法測量液體表面張力系數(shù)的物理過程和物理現(xiàn)象，并用物理學(xué)概念和定律進行分析研究，加深對物理規(guī)律的認(rèn)識掌握讀數(shù)顯微鏡的結(jié)構(gòu)、原理及使用方法，學(xué)會用毛細(xì)管測定液體的表面張力系數(shù)。利用現(xiàn)有的儀器，綜合應(yīng)用物理知識，自行設(shè)計新的實驗內(nèi)容。【實驗原理】一、拉脫法測量液體的表面張力系數(shù)把金屬片彎成如圖1（a）所示的圓環(huán)狀，并將該圓環(huán)吊掛在靈敏的測力計上，如圖1（b）所示，然后把它浸到待測液體中。當(dāng)緩緩提起測力計（或降低盛液體的器皿）時，金屬圓環(huán)就會拉出一層與液體相連的液膜，由于表面張力的作用，測力計的讀數(shù)逐漸達到一個最大值F（當(dāng)超過此值時，液膜即破裂），則F應(yīng)是金屬圓環(huán)重力mg與液膜拉引金屬圓環(huán)的表面張力之和。由于液膜有兩個表面，若每個表面的力為（為圓形液膜的周長），則有（2）所以（3）圓形液膜的周長L與金屬圓環(huán)的平均周長相當(dāng)，若圓環(huán)的內(nèi)、外直徑分別為。則圓形液膜的周長L≈L’=（D1+D2）/2（4）將（4）式代入（3）式得（5）硅壓阻式力敏傳感器由彈性梁和貼在梁上的傳感器芯片組成，其中芯片由四個硅擴散電阻集成一個非平衡電橋。當(dāng)外界壓力作用于金屬梁時，在壓力作用下，電橋失去平衡，此時將有電壓信號輸出，輸出電壓大小與所加外力成正比。即（6）式中，ΔF為外力的大小；K為硅壓阻式力敏傳感器的靈敏度，單位為V/N；ΔU為傳感器輸出電壓的大小。二、毛細(xì)管升高法測液體的表面張力系數(shù)1一只兩端開口的均勻細(xì)管（稱為毛細(xì)管）插入液體，當(dāng)液體與該管潤濕且接觸角小于90°時，液體會在管內(nèi)上升一定高度。而當(dāng)接觸角大于90°時，液體在管內(nèi)就會下降。這種現(xiàn)象被稱為毛細(xì)現(xiàn)象。本實驗研究玻璃毛細(xì)管插入水中的情形。如圖2所示，為表面張力，其方向沿著凹球面的切線方向，大小為，其中【實驗內(nèi)容】一、：拉脫法測水表面張力系數(shù)1、實驗準(zhǔn)備（1）連線后接通主機電源，開機預(yù)熱。（2）調(diào)節(jié)鐵架臺上的三個水平調(diào)節(jié)螺絲，使鐵架臺水平。（3）清洗玻璃器皿（4）預(yù)熱15分鐘后，可對力敏傳感器定標(biāo)。2、硅壓阻力敏傳感器定標(biāo)（1）將砝碼盤掛在力敏傳感器的掛鉤上。（2）將數(shù)字電壓表調(diào)零。（3）依次加入0.500g的砝碼，待穩(wěn)定后記下電壓表讀數(shù)。注意放砝碼時應(yīng)盡量輕。每次增加0.500g砝碼，待穩(wěn)定后記下電壓表讀數(shù)Ui（i=1，2，…8）。3、水表面張力系數(shù)的測量（1）將砝碼盤取下來換上吊環(huán)，使吊環(huán)平面成水平狀態(tài)。（2）在玻璃器皿內(nèi)放入被測液體并安放在升降臺上。（3）在測定液體表面張力系數(shù)過程中，可觀察到液體產(chǎn)生的浮力與張力的情況與現(xiàn)象，以順時針轉(zhuǎn)動升降臺大螺帽時液體液面上升，當(dāng)?shù)醐h(huán)下沿部分均浸入液體中時，改為逆時針轉(zhuǎn)動該螺帽，這時液面往下降(或者說相對吊環(huán)往上提拉)，觀察環(huán)浸入液體中及從液體中拉起時的物理過程和現(xiàn)象。特別應(yīng)注意吊環(huán)即將拉斷液膜前一瞬間數(shù)字電壓表讀數(shù)值為U1，拉斷時瞬間數(shù)字電壓表讀數(shù)為U2。記下這兩個數(shù)值，這時.重復(fù)測量6次。二、毛細(xì)管升高法測表面張力系數(shù)1、將燒杯裝入適量純水后放在支架上，將洗凈烘干的毛細(xì)管插入液體中，使之鉛直，可見到液體將沿毛細(xì)管上升到一定高度。2、調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡焦距，使看清被測毛細(xì)管，在上下慢慢移動顯微鏡，使望遠(yuǎn)鏡中十字叉絲的水平線與毛細(xì)管中液體凹面的下沿相切，記下該讀數(shù)，然后移動顯微鏡使十字叉絲的水平線與玻璃器皿中液體凹面的下沿相切，再記下該讀數(shù)，兩讀數(shù)之差即為液柱高h(yuǎn)。重復(fù)測量5次，將所得數(shù)據(jù)記入表格中。3、將毛細(xì)管取出平放在木盒上，對準(zhǔn)顯微鏡筒調(diào)節(jié)焦距，直至觀察到清晰的毛細(xì)管圓孔圖像，測出內(nèi)徑d，轉(zhuǎn)動毛細(xì)管，放在不同的方位測五次，將所得數(shù)據(jù)記入表格中。【數(shù)據(jù)處理】硅壓阻力敏傳感器定標(biāo)表1力敏傳感器定標(biāo)次數(shù)砝碼重（g）傳感器增重讀數(shù)（mv）傳感器減重讀數(shù)（mv）平均（mv）1020.50031.00041.50052.00062.50073.00083.500用最小二乘法擬合得得儀器的靈敏度K，并求得線性相關(guān)系數(shù)r。純水液體表面張力系數(shù)的測量表2純水的表面張力系數(shù)測量(水的溫度T=25℃次數(shù)U1（mv）U2（mv）△U（mv）f(N)123456根據(jù)公式計算在室溫下純水的表面張力系數(shù)α。然后與標(biāo)準(zhǔn)值相比較，求出相對不確定度并寫出結(jié)果表達式。二、毛細(xì)管法1、毛細(xì)管