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湖北文理学院物理实验教学示范中心

实验报告

学院专业班学号：姓名：

实验名称：液体表面张力系数测定实验日期：实验室：N1-104

[实验目的]:

1.掌握力敏传感器的定标方法，计算该传感器的灵敏度；

2.观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象，并用物理学基本概念和定律进行

分析和研究，加深对物理规律的认识；

3.测量水的表面张力系数

[仪器用具]:仪器、用具名称及主要规格（包括量程、分度值、精度等）

液体表面张力系数测定仪（受力量程：0—0.098N,0.1Mv）、游标卡尺（0-150mm，50分度）、

温度计(0-100℃,0.5℃)、砝码盘、砝码、金属环、水。

[实验原理]:根据自己的理解用简练的语言来概括(包括简单原理图、相关公式等)

表面张力f是存在于液体表面上任何一条分界线两侧间的液体的相互作用拉力，其方向

沿液体表面，且恒与分界线垂直，大小与分界线的长度成正比，即lf

比例系数称为表面张力系数，单位为，在数值上等于单位长度上的表面张力。

将金属环固定在传感器上，将该环浸入液体中，并缓慢拉起金属环，当金属环从液体拉

脱瞬间，传感器受到的拉力差值与液体的表面张力相等，为：

B

UU

DDf21

21





式中:D1,D2圆环外径和内径。U1,U2分别为拉断液柱前一瞬间数字电压表的读数值和拉

断液柱前后一瞬间数字电压表的读数值，B为力敏传感器的灵敏度。

液体表面张力系数为：

21

21

DDB

UU

l

f











[实验内容]:简述实验步骤和操作方法

1.连接仪器、开机预热15分钟，清洗玻璃器皿和吊环；

2.对力敏传感器定标

将砝码盘挂在力敏传感器的钩子上，待仪器示数稳定后对仪器进行调零，然后将质

量为0.5g的砝码逐个放入砝码盘，至盘中砝码质量增加到3.5g，记录不同质量砝码对应

的电压输出值。用最小二乘法拟合得到仪器的灵敏度B，并计算出线性相关系数γ。

3.水的表面张力系数的测定（拉脱法）

1)用游标卡尺测量金属环的外径D1和内径D2，重复五次测量。

2)测量出水的温度。

3)取下砝码盘，换上吊环，测量拉断液柱前瞬间电压值U1，和拉断液柱前后一瞬间电

压值U2，重复测量5次。

4.计算表面张力系数及不确定度，正确表示结果，整理实验仪器及实验平台。

[实验数据]:根据实验步骤设计数据记录表格，并真实、准确地记录实验数据。实验完成后由实验指导教师

检查、签字后有效，处理实验数据必须以此为依据，否则该实验项目报告记零分。

1、力敏传感器定标：

表格1.力敏传感器定标

2/794.9smg

mV1.0

仪

gm0.5001.0001.5002.0002.5003.0003.500

mVU

11.322.734.145.456.868.279.8

2、水的表面张力系数测定：

1)金属环内外径测量

表格

2.

金属环的

1

D和内径

2

D

mm02.0

仪

次数12345平均值

)(

1

mmD

i

34.9635.0235.0435.0034.9835.00

111

-DDV

ii



-0.040.020.040-0.02

)(

2

mmD

i

33.0433.0633.0433.0433.0233.04

222

-DDV

ii



00.0200-0.02

表格

3.

测量拉断液柱瞬间电压

1

U、

2

U水温

t=23.0℃

mV1.0

仪

测量次数

mVU

1

mVU

1

mVU

mVU

i

126.5-8.234.7-0.3

226.7-8.034.7-0.3

326.0-9.235.20.2

426.8-8.735.50.5

526.4-8.534.9-0.1

心得体会：本次试验，通过观察拉脱法测量液体表面张力系数的实验现象，对液体表面张力现象的了解更

加直观。通过实验处理过程，锻炼了动手能力以及对实验数据的分析和处理能力。

[实验结果与分析]:按实验要求处理数据，进行误差分析，并对实验中存在的问题、数据结果等进行总结

1.力敏传感器定标：

gm

0.5001.0001.5002.0002.5003.0003.500

Nfm

4.8979.79414.69119.58824.48529.38234.279

mVU

11.322.734.145.456.868.279.8

灵敏度



2)(

)(











ff

UUff

B

i

ii

=2.3V/N

相关系数：



2

1

2

2)()(

)(





•





UUff

UUff

ii

ii=0.99998

2.水的表面张力系数测定：

1）金属环内外径测量

5

1

1



i

D

D=35.00mm

)15(5

2

1

1



i

D

V

S

=0.014mm

1

D的不确定度：

A类分量：

1

14.1

D

SS=0.016mm

B类分量：

仪

683.0U=0.014mm

22

1

USU

D

=0.021mm

5

2

2



i

D

D=33.04mm

2

D的不确定度：

)1(

2

2

2





nn

V

Si

D

=0.006mm

A类分量：

2

14.1

D

SS=0.007mm

B类分量：

仪

683.0U=0.014mm

22

2

USU

D

=0.015mm

2）液膜拉断瞬间电压测定

n

U

Ui

=35.00mV

)1(

2







nn

V

Si

U

=0.15mV

U的不确定度：

A类分量：

U

SS



14.1=0.18mV

B类分量：

仪

683.0U=0.0683mV

22USU

U





=0.19mV

3）液体表面张力系数

)04.3300.35(*14.3*3.2

0.35

)(

21











DDB

U





=71.23



10^-3N/m

2

2

2

1

2

21





























































DDUa

U

D

U

D

U

U

U



=

0.4



10^-3N/m

实验结果：



U=71.2±0.4



10^-3N/m（单位）P=0.683

%100





U

E=0.6%

实验总结：根据公式γ＝(75.6－0.14t)×10^-3（N/m）求得23℃水的液体表面张力系数72.4



10^-3V/N，

本实验测得自来水的液体表面张力系数平均值为71.23



10^-3N/m，相对误差小于1%，说明本实验的

测量精度较高。

误差的来源有：1）金属环与水平面不平行；

2）游标卡尺读数误差；

3）液体表面张力系数测定仪以及游标卡尺的仪器误差；

4）砝码的加工精度及砝码在砝码盘中的摆放影响传感器灵敏度测量；

5）升降工作台的调节速度等