1、液體表面張力系數的測量【實驗目的】1、掌握用砝碼對硅壓阻式力敏傳感器定標的方法， 并計算該傳感 器的靈敏度2、了解拉脫法測液體表面張力系數測定儀的結構、 測量原理和使 用方法，并用它測量純水表面張力系數。3、觀察拉脫法測量液體表面張力系數的物理過程和物理現象，并 用物理學概念和定律進行分析研究，加深對物理規律的認識4、掌握讀數顯微鏡的結構、原理及使用方法，學會用毛細管測定 液體的表面張力系數。5、利用現有的儀器，綜合應用物理知識，自行設計新的實驗內容。 【實驗原理】一、拉脫法測量液體的表面張力系數把金屬片彎成如圖1（ a）所示的圓環狀，并將該圓環吊掛在靈 敏的測力計上，如圖1（ b）所示，然后

2、把它浸到待測液體中。當緩 緩提起測力計（或降低盛液體的器皿）時，金屬圓環就會拉出一層 與液體相連的液膜，由于表面張力的作用，測力計的讀數逐漸達到 一個最大值F （當超過此值時，液膜即破裂），則F應是金屬圓環 重力mg與液膜拉引金屬圓環的表面張力之和。由于液膜有兩個表 面，若每個表面的力為f=aL （ L為圓形液膜的周長），則有F = mg+2S L（ 2）所以F - mg2L（3）圖1 S圖1(6)圓形液膜的周長L與金屬圓環的平均周長L，相當，若圓環的內、外直 徑分別為Di,D2。則圓形液膜的周長L L（D什D2）/2（4）s 二 F-mg將（4）式代入（3）式得s =p（D- D）（5/硅壓

3、阻式力敏傳感器由彈性梁和貼在梁上的傳感器芯片組成， 其中芯片由四個硅擴散電阻集成一個非平衡電橋。當外界壓力作用 于金屬梁時，在壓力作用下，電橋失去平衡，此時將有電壓信號輸 出，輸出電壓大小與所加外力成正比。即D U = kd F（ 6/式中， F為外力的大小；K為硅壓阻式力敏傳感器的靈敏度， 單位為V/N ; U為傳感器輸出電壓的大小。二、毛細管升高法測液體的表面張力系數1 一只兩端開口的均勻細管（稱為毛細管）插入液體，當液體 與該管潤濕且接觸角小于90°時，液體會在管內上升一定高度。而 當接觸角大于90°時，液體在管內就會下降。這種現象被稱為毛細 現象。本實驗研究玻璃毛細

4、管插入水中的情形。 如圖2所示，f為 表面張力，其方向沿著凹球面的切線方向，大小為f=Qrs ,其中r為毛細管的內孔半徑。設為接觸角（與液體和管壁材料的性質有 面的部關），凹球面的半徑為R，由圖2可知cos =-，由表面張R力產生的、垂直向上提高液面的力為fcoS ，若忽略h上分液體的重 量，則這個力與毛細管中高為h的液柱重量平衡，即所以2 s cop-驗中r2r ghrr gh R gh s 2cosj2(7)(8)式p中為液體的密度，g為重力加速度。如果玻璃管壁和水都非常清凈，則j =0,R=r，而（8）而式變為(9)r =2在推導公式（9）時，忽略了毛細管中凹球面下端與上端之間液體的重量

5、，為了得到更精確的計算公式，必須考慮這部分液體的重 量。該部分液體的體積約等于半徑為 r、高也為r的圓柱體體積和3 2313半徑為r的球體積的一半之差，即pr -§pr二扌r，故忽略的液體重量為爭rF g。當考慮這部分液體重量后，可得1s = rr g2 y+d琪3 4 桫6(10)由上式可知，只要測出毛細管的內徑 d和上升的液柱高h,就 可算出表面張力系數（To【實驗儀器】1、表面張力系數測定儀，如圖3所示，包括硅擴散電阻非平衡電橋的電源和測電橋失去平衡時輸出電壓大小的數字電壓表、鐵架臺、微調升降臺、裝有力敏傳感器的固定桿、盛液體的玻璃器皿一套、 鋁合金圓形吊環一個、0.500g砝

6、碼七只（定標用），其它儀器包 括鑷子（取砝碼、砝碼盤和掛吊環用），待測液體水，燒杯，溫度 計等。2、讀數顯微鏡，玻璃毛細管。:3回憲帚環 x殲黑調節算魅彳亍 i"I液懺喪面張力豐如定恢）褊A鼻 會-卿廉座Ijfl節郵歧圖3 FD-NSU液體衣面系數祇力測定儀【實驗內容】一、：拉脫法測水表面張力系數1、實驗準備（1）連線后接通主機電源，開機預熱。（2）調節鐵架臺上的三個水平調節螺絲，使鐵架臺水平。（3）清洗玻璃器皿（4）預熱15分鐘后，可對力敏傳感器定標。2、硅壓阻力敏傳感器定標（1）將砝碼盤掛在力敏傳感器的掛鉤上。（2）將數字電壓表調零。（3）依次加入0.500g的砝碼，待穩定后記下

7、電壓表讀數。注意 放砝碼時應盡量輕。每次增加0.500g砝碼，待穩定后記下 電壓表讀數Ui （i =1 , 2,8）。3、水表面張力系數的測量（1）將砝碼盤取下來換上吊環，使吊環平面成水平狀態。（2）在玻璃器皿內放入被測液體并安放在升降臺上。(3) 在測定液體表面張力系數過程中，可觀察到液體產生的浮 力與張力的情況與現象，以順時針轉動升降臺大螺帽時液體液面 上升，當吊環下沿部分均浸入液體中時，改為逆時針轉動該螺帽， 這時液面往下降(或者說相對吊環往上提拉)，觀察環浸入液體中 及從液體中拉起時的物理過程和現象。特別應注意吊環即將拉斷 液膜前一瞬間數字電壓表讀數值為 U1，拉斷時瞬間數字電壓表讀

8、數為U2。記下這兩個數值，這時du =Ui-u2.重復測量6次。二、毛細管升高法測表面張力系數1、將燒杯裝入適量純水后放在支架上，將洗凈烘干的毛細管插入液 體中，使之鉛直，可見到液體將沿毛細管上升到一定高度。2、調節望遠鏡焦距，使看清被測毛細管，在上下慢慢移動顯微鏡， 使望遠鏡中十字叉絲的水平線與毛細管中液體凹面的下沿相切， 記下該讀數，然后移動顯微鏡使十字叉絲的水平線與玻璃器皿中液體凹面的下沿相切，再記下該讀數，兩讀數之差即為液柱高 h 重復測量5次，將所得數據記入表格中。3、將毛細管取出平放在木盒上，對準顯微鏡筒調節焦距，直至觀察 至肺晰的毛細管圓孔圖像，測出內徑 d,轉動毛細管，放在不同 的方位測五次，將所得數據記入表格中。【數據處理】1、硅壓阻力敏傳感器定標表1力敏傳感器定標次數砝碼重（g）傳感器增重讀數（mv）傳感器減重讀數（mv）平均（mv）1020.50031.00041.50052.00062.50073.00083.500用最小二乘法擬合得得儀器的靈敏度 K，并求得線性相關系數r2、純水液體表面張力系數的測量表2純水的表面張力系數測量 （水的溫度T = 25 C）次數U1 (mv)U2 (mv) U (mv)f (N)123456根據公式計算在室溫下純水的表面張力系數 a。然后與標準值相比 較