文档介绍：用拉脱法测液体的表面张力系数

(1) 学习焦利秤测量微小力的原理和方法
(2) 用拉脱法测量液体的表面张力系数,并观察杂质对表面张力的影响。

焦利秤、砝码、细“”形金属丝框、玻璃杯等。

液体表面张力是液体表面的重要特性,存在于液体极薄的表面层内,是液体表面层内分子力作用的结果。将一块表面洁净的矩形金属薄片竖直地浸入液体中,然后轻轻提起,则其附近的液面在外界拉力下将呈现如图一所示的形状。
各力平衡的条件为:
F=mg+f (1)
式中,F是所施外力,mg为薄片和它所附的液体的总重力,f为表面张力。
实验中用如图二所示的“”形金属丝框代替金属薄片,由于表面张力与接触面的周长成正比,故有
(2) 图一图二
式中,比例系数α称为表面张力系数,其值等于作用在液体表面单位长度的力,将(4-20)代入(4-19)式中,可得:
(3)
式中,l为“”形框的长度,d为金属丝得直径。
由于l>>d,所以上式可简化为:
(4)
当在弹簧下端的砝码盘内加入砝码时,弹簧受力而伸长。由胡克定律知,在弹性限度内对弹簧所施外力F与弹簧伸长量,就可算出作用于弹簧上的外力。
当把“”形框挂在焦利秤的弹簧秤下端时,弹簧所受拉力为mg。当把“”形框浸入水中再缓缓拉起时,由于表面张力的作用,一部分液体被“”形框带起形成液体膜,当所施加外力大于f时,被带起的液膜破裂,“”形框脱出液面。再液体膜破裂的瞬间弹簧所受为F=mg+f (略去水膜自重)。此时弹簧所受的表面张力为f=F-mg。这一很小的作用力使弹簧发生形变,则。将这两式代入(4)式中,有
(5)
由以上讨论知,要测量表面张力系数α,只要测出“”形框的长度l,弹簧的倔强系数k以及以及液膜破裂的瞬间由于表面张力引起的弹簧伸长量即可。
4. 实验内容和步骤
(1) 仪器安装和调节
从盒中轻轻取出弹簧、小镜和砝码盘,装上焦利秤,调节三角支架的底座螺钉,使金属杆垂直,这时小镜C悬在玻璃管D的中央。调节G的升降,使“三线重合”,记下初读数。
(2) 焦利秤校准
,,调整依次旋纽G,使三线重合,分别记下x1,x2,x3……,。再逐次减少砝码,,调整一次旋纽G,使三线重合,分别记下各次读数,将所记数据填入表4-4中。用逐差法处理数据,求出k。
(3)测定液体的表面张力系数
①将待测液体倒入洁净干燥的烧杯中置于平台上,并将“”形框用酒精擦干净悬挂于砝码盘下端的小钩上,调节旋纽G使三线重合,记下读数x0.
②调节F将平台E慢慢升起,使“”形框浸入液体中。然后用一手调节F使平台缓缓下降,小镜上的刻线液随之下降,同时用另一手调节G使三线重合,再使平台缓缓下降一些,重复上述调节,直到“”形框脱出液体前始终保持三线重合,记下在“”形框脱出液面前瞬间游标H上的读数x.
③在重复上述步骤共做6次,求出表面张力所引起的弹簧的伸长量的平均值
④用50分度游标卡尺测出“”形框的长度l,重复测6次,求出l。

(1) 记录室温,测出实验前后的室温,取平均值作为液体的温度。
(2) 实验数据表格
表4-4 测弹簧的倔强系数k的数据表格
砝码质量m(×