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实用文档
大学物理实验中心大学物理实验中心
大学物理实验试做报告
实验试做日期:2008年3月3日
实验试做时间:时分
实验试做人:马亚林
实验名称液体表面张力系数测定
一.实验目的
1.学习用硅压阻力敏传感器测量微小力的原理及方法;
2.用拉脱法测定液体的表面张力系数;
3.测出硅压阻力敏传感器的灵敏度。
二.实验仪器
FD-NST-I型液体表面张力系数测定仪、垂直调节台、硅压阻力敏传感器、Φ3.496cm铝合金吊环、0.5g砝码7只、吊盘、Φ12cm玻璃皿、镊子钳等
三.实验原理
1.现象
液体的表面有收缩的趋势,象张紧的弹性薄膜一样。如图5-1中的肥皂薄膜,如果将滑动细丝下面的肥皂薄膜刺破,由于膜的收缩,可滑动的细丝被拉上去。这说明液体表面内存在一种张力。
2.液体表面张力(f)
由表面收缩而产生液面切线方向的力叫表面张力。
3.测液体表面系数的方法
用拉脱法测液体表面张力系数,如图5-2。
f∝2(l+d),
→f=2δ(l+d),
δ称为表面张力系数,液体温度越高,δ值越小;所含杂质越多,δ值也越小,只要上述条件保持一定,δ就是一个常数。由钢片受力情况分析可以测得表面张力系数δ。
当钢片脱离液体前瞬间,其受力平衡条件为:
F=mg+f(5-1)
将表面张力f代入式(5-1),则表面张力系数:
δ=(5-2)
式中F为薄钢片所受外力;mg为薄钢片所受重力;l为薄钢片长度;d为薄钢片厚度。
实验中我们使用的是一个金属圆环,将它固定在传感器上,将该环浸没于液体中,并渐渐拉起圆环,当它从液面拉脱瞬间传感器受到的拉力差值f为
f=π(D1+D2)α(5-3)
式中:D1、D2分别为圆环外径和内径,α为液体表面张力系数,g为重力加速度,所以液体表面张力系数为:
α=f/[π(D1+D2)](5-4)
由(5-3)式,得液体表面张力
f=(U1-U2)/B(5-5)
B为力敏传感器灵敏度,单位V/N。
四.实验内容
1.开机预热。
2.清洗玻璃器皿和吊环。
3.在玻璃器皿内放入被测液体并安放在升降台上。
4.将砝码盘挂在力敏传感器的钩上。
5.若整机已预热15分钟以上,可对力敏传感器定标,在加砝码前应首先对仪器调零,安放砝码时应尽量轻。
6.换吊环前应先测定吊环的内外直径,然后挂上吊环,在测定液体表面张力系数过程中,可观察到液体产生的浮力与张力的情况与现象,在顺时针转动升降台大螺帽时液体液面上升,当环下沿部分均浸入液体中时,改为逆时针转动该螺帽,这是液面往下降(或者说相对吊环往上提拉),观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象。特别应注意吊环即将拉断液柱前一瞬间数字电压表读数值为U1,拉断时瞬间数字电压表读数为U2。记下这两个数值。
五.实验数据记录与处理
1.硅压阻力敏传感器定标
力敏传感器上分别加各种质量的砝码,测出相应的电压输出值:
物体质量m/g
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
输出电压V/mV
用最小二乘法拟合得仪器的灵敏度B=mV/N,拟合的线性相关系数r=。
(重力加速度g=9.794m/s2)。
2.水和其他液体表面张力系数的测量
用游标卡尺测量金属圆环:外径D1=cm,内径D2=cm。
调节上升架,记录环在即将拉断水柱时数字电压表读数U1,拉断时数字电压表的读数U2,
纯水的表面张力系数测量
测量次数
U1/mV
U2/mV
ΔU/mV
f/×10-3N
α/×10-3N/m
1
2
3
4
5
6
在此温度下水的表面张力系数为×10-3N/m,相对误差为
(T=24.3℃时水的表面张力系数为72.14×10-3N/m。)
乙醇的表面张力系数测量
测量次数
U1/mV
U2/mV
ΔU/mV
f/×10-3N
α/×10-3N/m
1
2
3
4
5
6
在此温度下乙醇的表面张力系数为×10-3N/m,相对误差为
(T=25.2℃时乙醇的表面张力系数为21.95×10-3N/m。)
误差分析:
1.所测液体不纯;2.升降台转动时液面存在波动;3.内外径测量存在误差;
4.
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