大学物理液体表面张力实验报告

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

溶液表面张力的测定——最大气泡法

实验者：杨岳洋 同组实验者：张知行 学号：2015012012 班级：材54 实验日期：2016年10月10日

助教：汤妍

1 引言

1.1实验目的

（1）测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力。

（2）根据吉布斯公式计算正丁醇溶液的表面吸附量。 （3）掌握用最大气泡法测定表面张力的原理和技术。

1.2实验原理

在液体内部，任何分子受周围分子的吸引力是平衡的。可是表面层的分子受内层分子的吸引与受表面层外介质的吸引并不相同，所以，表面层的分子处于力不平衡状态，表面层的分子比液体内部分子具有较大势能，如欲使液体产生新的表面，就需要对其做功。在温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面积增加dA所需做的功为

?δW?γdA （1） 比例系数γ表示在等温等压下形成单位表面所需的可逆功，其数值等于作用在界面上每单位长度边缘的力，称为表面张力。

纯物质表面层的组成与内部的组成相同，因此纯液体降低表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。对于溶液，由于溶质使溶剂表面张力发生变化，因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。

根据能量最低原则，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层溶质的浓度比溶液内部大；反之，

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

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

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

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

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