用焦利氏称测量液体表面张力系数

实验报告 系 级 姓名 日期 No. 评分：

实验题目：焦利氏秤法测量液体的表面张力

实验目的：学习并掌握用焦利氏秤法测量液体的表面张力的方法，加深对液体表

面张力的理解。

实验原理：

液体表层内分子力的宏观表现，使液面具有收缩的趋势。想象在液面上划一条线，表面张力就表现为直线两侧的液体以一定的拉力相互作用。这种张力垂直于该直线且与线的长度成正比，比例系数称为表面张力系数。

把金属丝AB弯成如图 (a)所示的形状，将其悬挂在灵敏的测力计上，浸到液体中，缓缓提起测力计时，金属丝就会拉出一层与液体相连的液膜，由于表面张力的作用，测力计的读数逐渐达到一最大值F（超过此值，膜即破裂）。。由于液膜有两个表面，若每个表面的力为F?，则由 F?mg?2F' 得 F'?F?mg （1） 2表面张力F’的大小与分界线的长度成正比。即

F'??l （2）

实验报告 系 级 姓名 日期 No. 评分：

σ称为表面张力系数，单位是N/m。表面张力系数与液体的性质，杂质和温度有关。测定表面张力系数的关键是测量表面张力F?，应用焦利氏秤液膜即将破裂可以方便地测量表面张力F?。

实验器材：焦利氏秤，自来水，肥皂水，金属丝，金属圈，钢板尺。 实验内容:

1、确定焦利氏秤上锥形弹簧的劲度系数k； 2、测量自来水的表面张力系数； 3、测量肥皂水的表面张力系数。 数据记录处理:

1、确定焦利氏秤上锥形弹簧的劲度系数k m/g

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 x/cm 2.87 3.38 3.86 4.36 4.88 5.42 5.93 6.48 7.00 7.53 （1）作图法：

5.0

8.06 实验报告 系 级 姓名 日期 No. 评分：

m/g5432100123456x/cm

（2）由作图法,计算斜率得k1=0.957g/cm=0.937N/m 逐差法：(?m?2.5g) xi+5-xi

x6-x1 2.65

x7-x2 2.62

x8-x3 2.64

x9-x4 2.65

x10-x5 2.64

x

?x/cm

2.64

由逐差法计算得出k2=0.947g/m=0.928N/m。 两种方法得到的k的平均值，就是最终的k值:

k=0.9325N/m

2、测量自来水的表面张力系数 （1）金属圈直径的测量

次数 直径d/cm

1 3.52

2 3.55

3 3.50

d

UA 0.026

3.52

实验报告 系 级 姓名 日期 No. 评分：

（2）焦利氏秤的读数?x/cm

次数

x1?x0

1.40

x2?x0

1.38

x3?x0

1.43

?x1

1.40

UA 0.025

?x/cm

由k=0.9325N/m, ?x1=1.40cm, d=3.52cm, 得到?1?k?x1?0.059N/m 2?d3、测量肥皂水的表面张力系数 （1）金属丝长度的测量

次数 长度l/cm

1 3.68

2 3.69

3 3.69

l

UA 0.006

3.69

（2）焦利氏秤的读数?x/cm

次数

x1?x0

0.21

x2?x0

0.18

x3?x0

0.16

?x2

0.196

UA 0.021

?x/cm

由k=0.9325N/m, ?x2=0.20cm, l=3.69cm, 得到?2?k?x2?0.025N/m 2l不确定度分析：

1、劲度系数k=0.9325N/m，Uk=0.006 2、U?x?(t?UA)?(2?仪C)2，

当P?0.68时，t=1.32 , ?仪=0.002㎝, C=3 (1)自来水中?x：UA=0.025,则U?x1?(t?UA)2?(?仪C)2=0.033cm

实验报告 系 级 姓名 日期 No. 评分：

(2)肥皂水中?x：UA=0.021,则U?x2?(t?UA)2?(单位应该补上； 3、U?(t?UA)?(2?仪C)2=0.028cm ?仪C)2 当P?0.68时，t=1.32 , ?仪=0.01㎝, C=3 (1)金属圈直径d：UA=0.026,则Ud?(t?UA)2?(?仪C)2=0.033cm (2)金属丝长度l：UA=0.006,则Ul?(t?UA)2?(同上；

4、不确定度计算： 误差传递公式：

?仪C)2=0.001cm

U???(Uk2U?x2UD2)?()?() k?xD（1）自来水的表面张力系数测定的不确定度： 由k=0.9325N/m ,?x1=1.40cm ,d=3.52cm

U?1??1Uk2U?x12Ud2()?()?()=0.002 k?x1d（2）肥皂水的表面张力系数测定的不确定度： 由k=0.9325N/m , ?x2=0.20cm l=3.69cm U?2??2最终结果：

自来水的表面张力系数：?1?(0.059?0.002)N/m P=0.68

Uk2U?x22Ul2()?()?()=0.001 k?x2l实验报告 系 级 姓名 日期 No. 评分：

肥皂水的表面张力系数：?2?(0.025?0.001)N/m P=0.68 思考题：

1、焦利氏秤法测定液体的表面张力有什么优点？

答：焦利氏秤则是在测量过程中保持下端固定在某一位置，靠上端的位移大小来

称衡，因而可以迅速测出液膜即将破裂时的F，克服了用普通的弹簧是很难迅速测出液膜即将破裂时的F这一困难，可以方便地测量表面张力F?。焦利氏秤还把弹簧做成锥形，克服了因弹簧自重引起弹性系数的变化，实验精度较高。

2、有人利用润湿现象设计了一个毛细管永动机（图5.2.1-3）。A管中液面高于B管，由连通器原理，B管下端滴水，而滴水可以作功，水又回到槽内，成为永动机。试分析其谬误所在。

答：该装置的谬误之处在于忽视了液体的表面张力的作用，A管中液面虽然高于

B管，但由于水有表面张力，液面差所提供的动力不能够使B管水滴顺利地滴下，于是不可能制成这种“永动机”。

实验报告 系 级 姓名 日期 No. 评分：

肥皂水的表面张力系数：?2?(0.025?0.001)N/m P=0.68 思考题：

1、焦利氏秤法测定液体的表面张力有什么优点？

答：焦利氏秤则是在测量过程中保持下端固定在某一位置，靠上端的位移大小来

称衡，因而可以迅速测出液膜即将破裂时的F，克服了用普通的弹簧是很难迅速测出液膜即将破裂时的F这一困难，可以方便地测量表面张力F?。焦利氏秤还把弹簧做成锥形，克服了因弹簧自重引起弹性系数的变化，实验精度较高。

2、有人利用润湿现象设计了一个毛细管永动机（图5.2.1-3）。A管中液面高于B管，由连通器原理，B管下端滴水，而滴水可以作功，水又回到槽内，成为永动机。试分析其谬误所在。

答：该装置的谬误之处在于忽视了液体的表面张力的作用，A管中液面虽然高于

B管，但由于水有表面张力，液面差所提供的动力不能够使B管水滴顺利地滴下，于是不可能制成这种“永动机”。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/krgh.html