液體表面張力系數測定講義第1頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六實驗原理：

1表面張力與表面張力系數：表面張力是液體表面的重要特性，它類似于固體內部的拉伸應力，這種應力存在于極薄的表面層內。是液體表層內分子力作用的結果。液體表面層的分子有從液面擠入液內的趨勢，從而使液體有盡量縮小其表面的趨勢，整個液面如同一張拉緊了的彈性薄膜，我們把這種沿著液體表面，使液面收縮的力稱為表面張力。作用于液面單位長度上的表面張力，稱為液體的表面張力系數。設想在液體表面上畫一條直線，實驗指出，直線兩旁的液膜之間存在著相互作用的拉力，力的方向和所畫直線垂直，其大小與所畫直線的長成正比，即：或第2頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六式中比例系數α稱為液體的表面張力系數，它表示單位長線段兩側液體的相互作用力，其單位是N·m-1，表面張力系數α的大小與液體的溫度有關。2表面張力系數的測定：如圖所示：將一表面潔凈的∏型細金屬絲框浸入被測液體內，∏型框的中點掛在焦利秤彈簧上，使∏型框的橫邊恰好處于液面位置時定為彈簧的平衡位置。然后將燒杯慢慢地下移，可看到金屬絲帶起一層液膜，與此同時彈簧被拉長。當薄膜剛好破裂時，第3頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六∏型金屬絲框的受力情況有以下幾方面：①

彈簧的彈性力F，其方向向上，大小為：②∏型框所受重力和浮力之差W，其方向向下。若將∏型框掛上且浸入水中為彈簧的平衡位置，則對上式中的無影響（即與對應的是F-W

。）③

水膜的重量，方向向下，大小為：④

表面張力f方向向下，大小為（兩個表面）當水膜恰好破裂時受力達到平衡，即：由此可得：

第4頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六可見，測得，，，的值便可求得α。是被測液體的密度，為當地重力加速度

實驗內容：

1.測量彈簧的勁度系數：按要求調節儀器，使刻有橫線的小鏡子穿過玻璃套筒的內部。調節底腳螺釘，使小鏡子沿豎直方向振動時不與玻璃套筒發生磨擦，然后旋轉手輪使小鏡子上的刻線、玻璃套筒上的刻線與玻璃套筒上的刻線在小鏡子里的像三者相互對齊，即所謂“三線對齊”。用這種方法保證彈簧的下端的位置是固定不變的，而彈簧的上端可以向上拉伸。根據胡克定律，在彈性限度內，彈簧的伸長量與所加外力成正比，即

：第5頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六式中是彈簧的勁度系數，對一特定的彈簧，值是確定的，如果我們將已知重量的砝碼加在砝碼盤中，測出彈簧的伸長量，即可由上式算出彈簧的k值，這一步驟稱為焦利秤的校準。利用校準后的焦利秤，就可測出彈簧的伸長量，從而求得作用于彈簧上的外力步驟：①

掛好彈簧、小鏡子及砝碼盤，調節兩個地腳螺絲使焦利秤桿垂直與地面，使小鏡子鉛直不與玻璃套筒的內壁磨擦，然后旋動手輪，使“三線對齊”。記錄游標零線所指示的主尺上的讀數②

依次在砝碼盤中加入0.5，1.0，…，4.5的砝碼，使“三線對齊”，記下標尺上相應讀數，然后再逐次取出0.5的砝碼，按上述方法記下標尺上相應的讀數。求出相同拉力下讀數的平均值，用逐差法求出彈簧的勁度系數值及其不確定度第6頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六參考表格2--1

質量增重讀數

減重讀數平均數0.0g0.5g1.0g1.5g2.0g2.5g3.0g3.5g4.0g4.5g第7頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六則彈簧勁度系數為:不確定度為:2.測量

:⑴用酒精棉擦去∏型框上的油污，再用水沖洗涼干后，掛在平面鏡下端的掛鉤上。將洗凈的燒杯盛適當的水，放在平臺上。調節∏型框緩慢下降，使∏型框的橫邊恰好處于液面位置，“三線對齊”，記下標尺讀數。然后一只手慢慢調節平臺下的螺絲使燒杯慢慢下降，另一只手慢慢調節手輪，彈簧被拉長，在這一過程中要求保持“三線對齊”，直至水膜恰好破裂為止。記下標尺上的刻度，則：第8頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六

先觀察幾次水膜在調節過程中不斷被拉伸、最后破裂的現象，然后把金屬絲框欲要脫離而尚未脫離水膜的一瞬間的讀數記錄下來。

⑵本過程要求反復測量五次。參考表格2—2標尺零點讀數

水膜破裂時讀數

第9頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六⑶測量：將彈簧去掉，換成一根金屬細桿（儀器附件）。旋轉手輪，同時旋轉平臺螺釘使液面剛好與金屬絲框橫邊接觸，讀出刻度讀數，再旋轉手輪使彈簧上升，同時旋轉在平臺螺釘使燒杯下降,始終保持“三線對齊”，直至液膜破裂為止，記下刻度讀數則:

水膜重量與拉力相比很小，因此不要求將

測得很精確。

⑷測量∏型框金屬絲的直徑：

cm⑸用游標卡尺測量∏型框邊長：

cm

⑹測量水的溫度：?C

⑺計算水的（與空氣接觸）表面張力系數及不確定度

表達式：

第10頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六注意事項：

1.測量表面張力時，動作要慢，還要防止儀器受增振動。2實驗時要注意保護彈簧使其不受折損，不要隨意拉長或掛重物，要輕拿輕放，切忌用力拉。

3.∏型金屬絲框和燒杯中的水必須保持潔凈，不要用手觸摸燒杯內側和∏型金屬絲，也不要用手觸及水面。

物理實驗中心第11頁，共12頁，2023年，2月20日，星期六問題和討論：

1.

什么是“三線對齊”？本實驗中測量表面張力時緩慢地將∏型金屬絲框從水中拉起，該過程中需要時刻保證“三線對齊”，應如何操作？2.

實驗中要求把∏型金屬絲框拉到欲脫離水