大学物理液体表面张力

实验二 液体表面张力系数的测定

实验目的

1．学习测力计的定标方法 。

2．观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象。 3．测量乙醇和纯水的表面张力系数。

实验仪器

温度计、液体表面张力测定装置（如图2-2所示）：

1．硅压阻力敏传感器。（1）受力量程：0—0.098N。（2）灵敏度：约3.00V/N（用砝码质量作单位定标）。

2．显示仪器(读数显示：200 mV三位半数字电压表)。 3．力敏传感器固定支架、升降台、底板及水平调节装置。

4．吊环：外径φ3.496cm、内径φ3.310cm、高0.850cm的铝合金吊环。 5．直径φ12.00cm玻璃器皿一套。 6．砝码盘及0.5克砝码7只

实验原理

表面张力是指作用于液体表面上任意直线的两侧、垂直于该直线且平行于液面、并使液面具有收缩倾向的一种力。从微观上看，表面张力是由于液体表面层内分子作用的结果。可以用表面张力系数来定量地描述液体表面张力的大小。设想在液面上作长为L的线段，在L的两侧，表面张力以拉力的形式相互作用着，拉力的方向垂直于该线段，拉力的大小正比于L，即f??L，式中?表示作用于线段单位长度上的表面张力，称为表面张力系数，其单位为N/m 。

液体表面张力的大小与液体的成分

实

26系 06级 姓名：王海亮 学号：PB06013232 实验题目：焦利氏秤法测液体表面张力 试验目的：

在本实验中要着重学习焦利氏秤独特的设计原理，并用它测量液体的表面张力系数。了解表面张力的意义，表面张力描述了液体表层附近分子力的宏观表现。学会用逐差法,画图法求弹簧秤的劲度系数。 实验原理:

1. 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5.2.1-1(a)所示的形状，并将其悬挂在灵敏的测力计上，然后把它浸到液体中。当缓缓提起测力计时，金属丝就会拉出一层与液体相连

1

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）。则F应当是金属丝重力mg与薄膜拉引金属丝的表面张力之和。由于液膜有两个表面，若每个表面的力为F’，则由 F?mg?2F'

F?mg得F'? （1）

2显然，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

液体表面张力系数的测定

实验目的

1. 学习焦利秤测量微小力的原理和方法；

2. 了解液体表面的性质，测定液体的表面张力系数。

实验原理

液体具有尽可能缩小其表面的趋势。沿着表面且使表 面具有收缩趋势的张力叫做液体的表面张力。

在图（1）中，直线MN是液面上假想的一条分界线，它把液面分成两部分，f1面（1）对表面（2）的拉力，

（1）f 1 N f 2（2） 图（1）表 面 张 力 M f2表示表面（2）对表面（1）的拉力。这两个力大小相等，方向相反且都与液面相切，与

MN垂直。这就是液面上相接触的两部分表示相互作用的表面张力。显然，表面张力的大小

f应正比于MN的长度b，即 f=?b

（1）

式中?称为表面张力系数，它等于沿液面作用在分界线单位长度上的表面张力。

如图（2）所示，若将一个“┌┐”形金属丝浸入液体中，然后缓缓提起，这时“┌┐”形丝两个侧面都盖上一层液膜，“┌┐”形丝要受到向上的拉力、向下的重力和表面张力f，

F F mg mg 水面 f фф f f f 图（2）提拉“┌┐”丝时表面张力 图（3）液膜被拉破的瞬间 f的方向与液面相切，它与“┌┐”形丝的夹角ф称为接触角，当继续提拉“┌┐”形丝，

在液膜被拉破的瞬

液体表面张力系数的测量

【实验目的】

1、 掌握用砝码对硅压阻式力敏传感器定标的方法，并计算该传感

器的灵敏度

2、 了解拉脱法测液体表面张力系数测定仪的结构、测量原理和使

用方法，并用它测量纯水表面张力系数。

3、 观察拉脱法测量液体表面张力系数的物理过程和物理现象，并

用物理学概念和定律进行分析研究，加深对物理规律的认识 4、 掌握读数显微镜的结构、原理及使用方法，学会用毛细管测定

液体的表面张力系数。

5、 利用现有的仪器，综合应用物理知识，自行设计新的实验内容。 【实验原理】

一、拉脱法测量液体的表面张力系数

把金属片弯成如图 1（a）所示的圆环状，并将该圆环吊挂在灵敏的测力计上，如图 1（b）所示，然后把它浸到待测液体中。当缓缓提起测力计（或降低盛液体的器皿）时，金属圆环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个最大值 F（当超过此值时，液膜即破裂），则 F 应是金属圆环重力 mg 与液膜拉引金属圆环的表面张力之和。由于液膜有两个表面，若每个表面的力为f=aL （L为圆形液膜的周长），则有

所以

F=mg+2sL （2）

实验十一 液体表面张力系数的测定

表面张力是液体表面的重要特性，这种应力存在于极薄的表面层内，是液体表面层内分子力作用的结果。液体表面层的分子有从液面挤入液体内的趋势，从而使液体尽量缩小其表面的趋势，整个液面如同一张拉紧了的弹性薄膜。我们将这种沿着液体表面，使液体表面收缩的力称作液体表面张力。作用于液面单位长度上的表面张力称作表面张力系数。测量该系数的方法有：拉脱法、毛细管法和最大气泡压力法等。本书实验介绍用拉脱法及毛细管法测定液体表面张力系数。拉脱法属于直接测量方法，而毛细管法属于间接测量方法

方法一 用拉脱法测液体的表面张力系数

【预习要求】

1.掌握了解拉脱法测量表面张力系数的原理。 2.熟悉焦利称的结构和使用方法。 3.设计出实验数据记录表格。 【实验目的】

1.学习焦利秤的使用方法。

2.用拉脱法测量液体的表面张力系数，了解液体的表面特性。 【实验仪器】

焦利秤，金属丝框，砝码，玻璃皿，游标卡温度计

【实验原理】

设想在液面上有一长为l的线段，那么表面的作用就表现在线段l两边的液面以力f相互作

f尺，

张力用，

的方向垂直于线段l，且与液面相切，大小与l的长度成正比，即

f??l (11-

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

不定项选择题

试题1 下列图（b）中的游标读数为（ ）

39.00cm 390.00 390.00mm 256.54mm

[参考答案] 390.00mm

试题2 在用FB737新型焦利秤测量液体表面张力系数实验中，在测定表面张力系数时第一次使门形铝片框浸入水的步骤，最合适的是（）

直接调节固定可升降平台的螺母，使门形铝片框浸入水中 仅仅调节平台升降旋钮⑩，使门形铝片浸入水中 先调节平台升降旋钮⑩，使⑩还剩四分之一的可调空间，然后结合调节固定可升降平台的螺母，使门形铝片框下端尽可能靠近液面，但不接触液面，然后将烧杯轻轻提起使铝片框浸入液体后看能否形成液面膜，如不能，结合调节⑩后使铝片框浸入液体 用镊子或手将门形铝片框拉入水中 [参考答案]

先调节平台升降旋钮⑩，使⑩还剩四分之一的可调空间，然后结合调节固定可升降平台的螺母，使门形铝片框下端尽可能靠近液面，但不接触液面，然后将烧杯轻轻提起使铝片框浸入液体后看能否形成液面膜，如不能，结合调节⑩后使铝片框浸入液体

试题3 在拉脱法测量液体表面张力系数实验中，在测量弹簧的劲度系数，往砝码托盘加砝码片时，（）

用手直接拿砝码片 用镊子夹砝码片

用手直接拿和镊子夹砝码片均可

２００８年１１月第２３卷第６期

成阳师范学院学报

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉａｎｙａｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

ＮＯＶ．２００８Ｖ０１．２３ＮＯ．６

【应用物理学研究】

液体表面张力系数与温度和浓度的关系实验研究

梅策香，王广平。柳钰

（咸阳师范学院物理系，陕西咸阳７１２０００）

摘要：实验采用拉平法，测出了不同温度和浓度下水和盐水的表面张力系数。通过对实验

数据进行分析。得出了水和盐水的表面张力系数均随温度变化呈线性关系。盐水的表面张力系数随浓度的增大而增加。

关键词：液体表面性质；表面张力系数；温度；浓度中图分类号：Ｇ６４２．４２３

文献标识码：Ａ

文章编号：１６７２—２９１４（２００８）０６—００２１－０２

液体分子之间的内聚力使得液体表面上存在着一种应力．即液体表面张力。液体表面张力使得液体表面犹如张紧的弹性膜，具有自发收缩的趋势，单位长度液膜上的表面张力的大小为液体的表面张力系数．它主要受温度和液体纯度的影响，随温度的升高，表面张力系数会发生变化，掺入不同的杂质可以升高或降低液体的表面张力系数。对液体表面张力系数的理论分析和实验研究成为重要的研究课题ｌＭ。测量

联立以上各式可得：

仅＝坐２煎Ｌ

（４）

…Ｅ三习…．

图１液体曩面张力系数原理图

＆

液体表面张力系数的

实验九(b) 液体表面张力系数的测定（用毛细管法）

实验目的

用毛细管法测液体表面的张力系数。 实验仪器

毛细管，烧杯，温度计，显微镜，测高仪，纯净水银等。

实验原理 图3－9b－1 将毛细管插入无限广阔的水中，由于水对玻璃是浸润的，在管内的水面将成凹

??面。已知液体的表面在其性质方面类似于一张紧的弹性薄膜。当液体为曲面时，由于它有变A ?平的趋势，所以弯曲的液面对于下层的液体施θ 以压力，液面成凸面时，这压力是正的，液面??成凹面时，这压力是负的，如图3－9b－1所示。在图3－9b－2 中，毛细管中的水面是凹B C C B ????面，它对下层的水施加以负压，使管内水面B

点的压强比水面上方的大气压强小，如图3－

(a) (b) 9b－2中（a）所示，而在管外的平液面处，

与B点在同一水平面上的C点仍于水面上方图3－9b－2 的大气压强相等。当液体静止时，在同一水平

面上两点的压强应相等，而现在同一水平面上的B、C两点压强不相等。因此，液体不能平衡，水将从管外流向管中使管中水面升高，直至B点和C点的压强相等为止，如图3－9b－2中（b）所示。设毛细管的截面为圆形，则毛细管内的凹水面可近似地看成为半径r的半环球面，若管内水面下A点与大气压的压强差为

焦利氏称法测液体的表面张力

PB10011064 赵康菲

一．实验题目：焦利氏称法测液体的表面张力

二．实验目的：了解表面张力的意义，学习焦利氏称独特的设计原理，并用它测量液体的表面张力系数。

三．实验仪器：焦利氏称，自来水，洗洁精溶液，砝码，金属丝，金属圈，钢板尺 四．实验原理：（详见预习报告） 五．实验内容：

1．确定焦利称上锥形弹簧的劲度系数。

（1）把锥形弹簧，带小镜子的挂钩和小砝码盘依次安装到秤框上的金属杆上，调节支架底座的底脚螺丝，使秤框竖直，小镜子正好位于玻璃管中间，挂钩上下运动时不致于管摩擦。 （2）逐次在砝码盘中放入砝码，调节升降钮，做到三线对齐，记录升降杆的位置读数。 砝码（g） 读数（cm） 0.5 2.13 1 2.64 1.5 3.11 2 3.60 2.5 4.04 3 4.59 3.5 5.01 4 5.54 4.5 6.03 5 6.51 2.测量自来水的表面张力系数。

（1）用钢板尺测量金属圈直径和金属丝两脚之间的距离。 金属圈：

直径（d/cm） 金属丝：

长度（l/cm） 4,14 4.15 4.15 （2）取下砝码，在砝码盘下挂上已清洗过的金属圈，仍保持三线对齐，记下升降杆读数。 （3）分别把盛有自来水