实验4拉膜法测定液体表面张力系数(309).pdf

拉膜法测定液体表面张力系数一．实验目的１． 了解焦利氏秤的结构、原理并学会正确使用２． 用拉膜法测定液体的表面张力系数３． 用最小二乘原理拟合直线 二、实验仪器 焦利氏秤；砝码；玻璃皿；“Π”形金属丝；游标卡尺；待测样品：自来水；酒 精灯( 共用)焦利氏秤实际上是一个特殊结构的弹簧秤，是用来测量铅直方向微小力的仪器之一 其结构如图 24-2 所示带有标尺 （主尺）的铜管装入顶部带有游标（副尺）的套筒内，二者一起配合读数组成一“游标尺” ，且可以通过调节安装在套筒下部的调节旋钮Ｍ使铜管上下移动刻有准线“E”的玻璃指示管通过套夹固定于套筒中部套筒下部还由套夹固定着一个可放置玻璃皿( 或其他容器 ) 的小载物平台，载物台的升降可由其下部的螺旋Ｎ调节使用时，将仪器专用弹簧用顶丝Ｐ紧固在铜管之顶部伸出的支撑臂上，弹簧下端挂一刻有准线 “F”的指示镜， 并将其套于指示管内然后，将砝码盘挂在指示镜下端 调节焦利氏秤底部两个地脚螺丝Ｗ，使套筒处于铅直位置 （此时指示镜应自由悬于指示管中央） 调节旋钮Ｍ，使准线F与E及其在指示镜中的像E三线重合，并将此位置定为弹簧的平衡位置0x当在砝码盘施以力f时，由于弹簧伸长，指示镜之准线F下移。

只要再度调节Ｍ，使F重新上升至三线重合，即可通过此时游标尺上的读数x求出弹簧的伸长量0xxx若f为已知，则弹簧的倔强系数： xkf(24.6) 可见，焦利氏秤是一个下端“固定” ，靠弹簧“向上”伸长来测定微小力的弹簧秤 三．实验原理将一表面洁净、宽度L、丝直径为D的“Π”形细金属丝竖直地浸于水中，然后将其徐徐拉出 由于水能润湿该金属丝， 所以， 水膜将布满 “Π”形丝四周， 且在其边框内被带起考虑到拉起的水膜系具有几个分子层厚度的双面膜，其与水分界面接触部分的周长约为DL2，因此，式 (24.1) 变为：DLf2 (24.2) 若将“ Π”形丝通过其AB的正中C点悬挂于可测微小力的弹簧秤之上( 如图 24-1（a）所示 )，则f可由拉膜过程中弹簧的伸长量l求出根据 虎克定律 ：在弹性限度内， 弹簧恢复力kf与弹簧的绝对伸长量l成正比，且方向相反，即：lkfk (24.3) 其中，k表弹簧的倔强系数，单位为1mN 实际上，拉膜过程中， “Π”形丝框除了受到f及kf的作用外，如图24-1（b）所示，还有如下诸力的作用： （１）水膜自身的重力gm很小可忽略；（２）金属丝仍处于水中的那部分体积所受到的浮力gV，因金属丝框很细，即V很小，故也可以忽略不计； （３）金属丝框受到大气压力的合力为零；及（４） “Π”形丝本身的重力mg。

若将“ Π”形金属丝框挂上之后， 且使其AB边与水面平齐之时规定弹簧的平衡位置0l， 则“Π” 形丝的重力mg对 弹簧从该平衡位置算起的伸长量l也将没有贡献 在上述假定下， 弹簧的伸长就只取决于表面张力f在垂直方向的分量设接触角为，则该分量为：cosf显然，在弹簧伸长 至l且使液膜刚刚破裂的瞬间，该分力应与弹簧的弹性恢复力相平衡，即：cos2DLlk(24.4) 考虑到水与“ Π”形金属丝接触角很小，0，1cos；而且实际上DL；所以，式 (24.4) 可简化为：Llk 2(24.5) 其中，0lll表示拉膜过程中弹簧的伸长量可见，只要测得lk,及L，即可由 (24.5) 式求出水的表面张力系数 四．实验步骤1．安装、调整并熟悉仪器然后测仪器专用弹簧的倔强系数k2．将以酒精灯灼烧过的洁净的“Π”形丝轻轻挂在砝码盘下端，前后缓缓拉膜4次，测出在水的表面张力作用下弹簧的伸长量l3．用游标卡尺测“ Π”形丝宽度L然后，求出室温e时水的表面张力系数 五．注意事项1．调节焦利氏秤时一定要保证指示镜在整个测量过程中自由悬于指示管中央2．焦利氏秤专用弹簧不要随意拉动，或挂较重物体，以防损坏3．测量“ Π”形丝宽度时，应放在纸上，注意防止其变形。

4．灼烧“ Π”形丝时不宜使其温度过高，微红（约C500）即可，以防变形灼烧之后不应再用手触摸，因“Π”形丝很小，故应防止遗失5．拉膜时动作要轻，尽力避免弹簧的上、下振动为使数据测量准确，拉膜过程中动作要协调： 在调节旋钮使弹簧均匀向上伸长时，需同时反时针旋转螺旋N，使载物台均匀下移，以始终保持F、E及其在指示镜中的像E的三线重合 六．数据处理七．结果分析。