水的表面张力系数

液体表面张力系数测定

物理实验

-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

2

液体表面张力系数的测定实验报告

【实验目的】

1．学会用拉脱法测定液体的表面张力系数。

2．了解焦利氏秤的构造和使用方法。

3．通过实验加深对液体表面现象的认识。

【实验仪器】

焦利氏秤1把，U形金属环1条，砝码1盒，镊子1把，玻璃皿1个，温度

计1支，酒精灯1个，蒸馏水100ml，游标尺1把。

【实验原理】

由于液体分子与分子间的相互作用，使液体表面

层形成一张紧的膜，其上作用着张力，叫做表面张

力。设想在液面上作长为L的线段，线段两侧便有

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，如图3-1所示。即有

Lf

式中



为表面张力系数，其单位为mN/。

表面张力系数是研究液体表面性质所要用到的物理量，不同种类的液体，



值不同；同一种液体的



值随温度上升而减小；液体不纯净，



值也会改变。因

此，在测定



值时必须注明在什么温度下进行，液体必须保持纯净。

测量表面张力系数



的方法很多，本实验用拉脱法测定。

图3-1

3

将环形金属环浸入液体中，然后慢慢拉起，

这时在金属环内带起了一层薄膜，如图3-2所

示。要想使金属环由液面拉脱，必须用一定的力

F。

21ffmgF

(注意有两个表面)

)(21dd

mgF









（3-2）

本实验用焦利氏秤测出F，然后代

入式（3-2）计算出



值。

二、仪器构造

焦利氏秤实际上就是一个比较精确

的弹簧秤，焦利氏秤的构造如图所示，

用焦利氏秤测力是根据胡克定律

xkF

式中，k为弹簧的劲度系数，等于弹簧

伸长单位长度的拉力,x为弹簧伸长量，如果已知k值，再测定弹簧在外力作

用下的伸长量

x

，就可以算出作用力F的大小。

【实验步骤】

一、k值的测定

1．按图3-3挂好弹簧，小指针和砝码盘，再调节底板三角底座上的螺丝，

使小指针处于镜子中，能上下自由振动且不与镜子相碰；

2．调节旋钮D，使镜子上的标线处于“三线重合”位置（镜子刻线、小指

图3-2

4

针和小指针的像重合），读出标尺上的读数

0

x。如弹簧振动不停，可将镊子靠

在弹簧上端，轻轻阻挡弹簧，即可停止振动；

3．在砝码盘上加1.0g、2.0g、3.0g、4.0g、5.0g、6.0g、7.0g、8.0g、

9.0g的砝码，调节小游标，当刻线重新处于“三线重合”位置时，读出读数

；、、、、、、、、987654321LLLLLLLLL;

4．再加入1.0g砝码，然后依次取出1.0g砝码，分别记下

;'''''''''987654321LLLLLLLLL、、、、、、、、

，取二者平均值，用逐差法求出弹簧的

劲度系数。即

2

'ii

i

LL

L













4

0

5)(

5

1

i

iiLLL

L

mg

k





5

二、

mgF

的测定

1.先用洗涤液，再用蒸馏水洗净玻璃皿，把装有蒸馏水的玻璃皿放在平台

上。用镊子夹住金属环在洒精灯上烧干，再挂在挂钩上；

2.调节旋钮，使镜子刻线处于“三线重合”位置，读出标尺上的读数0S

；

3.调节旋钮，让金属环的水平部分和液面接触（水平部分如果和液面不

行，

可用镊子调整金属环几次）；

4．观察镜子刻线是否在“三线重合”位置，如果不在，继续调节旋钮，直

至标线处于“三线重合”位置；

5．在镜子刻线始终处于“三线重合”的情况下拉脱液膜，读出读数1S。这

个过程的动作应缓慢，旋转旋钮使平面台微降，液膜被拉起，这时弹簧伸长，再

不断旋转旋钮控制平台，直至液膜恰好破灭；

5

6．重复步骤2、3、4、5共5次，将数据记入表3-2中；

7．用游标尺测出金属环的内外直径；、mm94.34mm04.3321dd

SkmgF

)(21dd

Sk











【数据记录与处理】

1.利用上式计算出

k

、



。

2.根据温度T，在



-T表上查出该温度下水的表面张力系数

0



，与所测

量的



作比较，算出百分误差。

表3-1k值的测定

砝码质量/g

增重读数iL/mm减重读数iL'/mm

平均值iL/mm

0.0218.00218.00218.00

1.0221.08221.12221.10

2.0223.64223.66223.65

3.0226.50226.52226.51

4.0229.36229.40229.38

5.0232.46232.48232.47

6.0235.38235.42235.40

7.0238.34238.38238.36

8.0241.44241.48242.46

9.0244.36244.40244.38

6

886.14Lmm

4471.0204.1*37138.0

5

95.0

*

15

)(2

4

0













t

LL

A

i

i

Lmm

mm02.0

4472.022BALLmm

mmLLL4472.0886.14

29.3k

N/m（g=9.8）

表3-2F的测定

T=__16___,cmN/0733.00

次数

初始位置0S/mm

水膜破裂时读数x/mm

弹簧的伸长S/mm

1202.34206.824.48

2202.40207.304.50

3200.04204.524.48

4201.84206.364.52

5201.46206.024.56

mmSS

i

i508.4

5

15

1





mm

t

SS

Ai

i

S0403.0204.1*033466.0

5

*

15

)(

95.0

5

1

2















mmB02.0

7

mmBASS04472.022

mmSSS04472.0508.4

mN/06948.0)98.67*14.3/(508.4*29.3

相对不确定度

mm

SL

SL0313.0000982.0)()(22















不确定度mN/00217.00313.0*06948.0

张力系数mN/00217.006948.0

百分误差=





0

0





100%=_5.2%_____

【附表及实验数据】

表3-3水对空气的

0

T表

T/C

0

/N

1mT/C

0

/N

1m

20.0750220.0722

40.0766240.0719

60.0766260.0717

80.0764280.0714

100.0761300.0711

120.0757320.0709

140.0754340.0705

160.0733360.0702

180.0730380.0698

200.0725400.0695