液体表面张力
8液体的表面张力现象详解
接触角：在液体、固体壁和空气交界处做液体表面的 切面，此面与固体壁在液体内部所夹的角度就称为这种液 体对该固体的接触角。
q 角为锐角时，液体润湿固体; q 角为钝角时，液体不 润湿固体；如果q = 0，液体将延展在全部固体表面上，这 时液体完全润湿固体；如果q = 180º，则液体完全不润湿固
体。水润湿玻璃，故其接触角是锐角，水与洁净的玻璃润
22:34
15
3、毛细管公式
根据流体静力学原理和弯曲液面下 的附加压强公式，液体在毛细管中上升 （或降低）的高度为：
h 2a cosq gr
此式表明，毛细管中液面上升高度与液体的种类（它决定液
体的密度和表面张力系数a）、组成毛细管的材料（接触角 q与其有关）及管径有关。
22:34
16
22:34
22:34
1
22:34
2
许多现象表明，液体表面具有自动收缩的趋势，液面 的周界上受到一个拉力F，此力
3
二、表面张力和表面张力系数
在液体表面内任一截线两边， 相邻两部分液面之间存在相互作 用的拉力，此力与截线垂直并与 该处液面相切，这种力称为液体 的表面张力。表面张力是液体表 面的内力，通常把液面与固体周 界之间相互作用的拉力也叫表面 张力。因为此力跟粘附在固体周 界上的液体表面与相邻液面之间 的内力在数值上是相等的。
湿程度最大, q = 0。水银不润湿玻璃，接触角为钝角，数值 为q = 138º。
22:34
12
润湿和不润湿现象的产生，主要是由于液体分子间的 引力与固体分子与液体分子间的相互引力间的强弱对比不 同所引起的。在液体与固体接触处，沿固体壁有一层液体 称为附着层，其厚度等于液体分子间引力的有效作用距离 或液体分子与固体分子之间引力的有效作用距离。在附着 层中，液体分子受固体分子引力的合力称为附着力，受其 余液体分子引力的合力称为内聚力。当内聚力大于附着力 时，附着层内较多的液体分子被吸引到液体内部，这与液 体自由表面相类似，附着层有收缩倾向，呈现不润湿现象。 当附着力大于内聚力时，分子在附着层中的势能比在液体 内部要低得，更多的分子进入附着层，使附着层有伸张倾 向，即液体沿固体表面扩展，呈现润湿现象。
液体表面张力系数的测定
实验原理液体表面层内分子相互作用的结果使得液体表面自然收缩，犹如紧张的弹性薄膜。
由于液面收缩而产生的沿着切线方向的力称为表面张力。
设想在液面上作长为L 的线段，线段两侧液面便有张力f 相互作用，其方向与L 垂直，大小与线段长度L 成正比。
即有：f ＝L （1）比例系数称为液体表面张力系数，其单位为Ｎm -1。
将一表面洁净的长为Ｌ、宽为d 的矩形金属片（或金属丝）竖直浸入水中，然后慢慢提起一张水膜，当金属片将要脱离液面，即拉起的水膜刚好要破裂时，则有F ＝ mg ＋f （2）式中Ｆ为把金属片拉出液面时所用的力；mg 为金属片和带起的水膜的总重量；f 为表面张力。
此时，f 与接触面的周围边界2（L ＋ d ）,代入（2）式中可得本实验用金属圆环代替金属片，则有αα式中d 1、d 2 分别为圆环的内外直径。
实验表明，与液体种类、纯度、温度和液面上方的气体成分有关，液体温度越高，值越小，液体含杂质越多，值越小，只要上述条件保持一定，则是一个常数，所以测量时要记下当时的温度和所用液体的种类及纯度。
实验仪器焦利秤，砝码，烧杯，温度计，镊子，蒸馏水，游标卡尺等。
焦利秤的主要结构如图所示：1 弹簧，2 配重圆柱体，3 小指针，4 游标尺，5 砝码托盘，6 载物平台，7 调节平台高度的小螺钉，8 调节平台高度的微调旋钮，9水平调节螺丝，10 调节游标高度的微调旋钮，11 调节游标高度的小螺钉，12 小镜子， 13 主尺。
ααααα仪器的实物图调平底盘，将仪器依次挂好；调底盘高度和游标高度，使指针位于游标中心“0”刻度测表面张力实验内容1．安装好仪器，挂好弹簧，调节底板的三个水平调节螺丝，使焦利秤立柱竖直。
在主尺顶部挂入吊钩再安装弹簧和配重圆柱体，使小指针被夹在两个配重圆柱中间，配重圆柱体下端通过吊钩钩住砝码托盘。
调整小游标的高度使小游标左侧的基准线大致对准指针，锁紧固定小游标的锁紧螺钉，然后调节微调螺丝使指针与镜子框边的刻线重合，当镜子边框上刻线、指针和指针的像重合时（即称为“三线对齐”），读出游标０线对应刻度的数值Ｌ0。
第三章 第4节 液体的表面张力
[借题发挥] 表面张力不是向上的力，是表面各部分相互 吸引的力。
对表面张力的理解 [例 2] [多选]关于液体的表面张力，下列说法中正确的是
A．表面张力方向与液面垂直
()
B．表面张力是液体表面层中任一分界线两侧大量分子相
互作用力的宏观表现
C．表面层里的分子分布要比液体内部稀疏些，分子力表
现为引力
(2)液体不同层面的分子疏密程度不同。 (3)在液体内部，引力和斥力大小相近。在液体表面层， 整体上表现为引力是液体表面张力产生的原因。
2．液体表面具有收缩趋势的原因是
()
A．液体可以流动
B．液体表面层分子间距离小于液体内部分子间距离
C．与液面接触的容器壁的分子对液体表面分子有吸引力
D．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离 解析：由于液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的
D．表面层中的分子间的距离小于平衡距离，因此分子间
的作用力很强
[思路点拨] 能从微观角度理解表面张力的形成原因是 处理该类问题的关键。
[解析] 表面层里的分子距离比液体内部大些，即表面层 里的分子分布要比液体内部稀疏些，分子力表现为引力，表 面引力就是表面层分子引力的宏观表现，表面张力方向与液 面相切，因此 B、C 正确，A、D 错误。
C．喷泉喷射到空中的水形成一个个球形的小水珠 D．小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中靠的是液体 表面的张力作用
[解析] 慢慢向酒杯中注入水，由于表面张力的作用，使液体 表面呈一弧形，即使稍高出杯口，水也不会流出来，故 A 项正确； 小木块浮于水面上，实际上小木块的一部分已经陷入水中(排开一 部分水)，受到的是水的浮力作用而非表面张力作用，因此 B 选项 错误；喷到空中的水分散时每一小部分的表面都有表面张力在起作 用且又处于完全失重状态，因此形成球状水珠，故 C 项正确；仔细 观察可以发现，小昆虫在水面上站定或行进过程中，其脚部位置比 周围水面稍下陷。但仍在水面上而未陷入水中，就像踩在柔韧性非 常好的膜上一样，因此，这是液体的表面张力在起作用。浮在水面 上的缝衣针与小昆虫情况一样，故 D 选项正确。[答案] ACD
液体表面张力
液体表面张力引言液体表面张力是物理学中一个重要的概念，用来描述液体表面的特性。
液体表面张力对许多自然现象和工程应用都有影响，如液体的凸起和凹陷、液滴的形成与分裂以及液体在导管中的上升与下降等。
本文将介绍液体表面张力的基本原理、测量方法和影响因素。
基本原理液体表面张力是指液体分子间存在的相互作用力，使液体表面不容易被扩展的性质。
液体分子间的吸引力使液体分子在表面聚集，形成一个相对紧凑的层。
这种表面上分子的紧密堆积导致表面张力的产生。
液体表面张力的数学描述可以用表面张力系数来表示，记作T，单位是N/m。
表面张力系数是单位长度上作用在液体表面上的力与作用在该表面上液体的长度之比。
液体表面张力可以导致一些有趣的现象，如水珠的形成和浸润。
当水滴滴在一个水平表面上时，液体表面张力使得水滴呈现出球状。
而浸润现象则是液体在固体表面上的扩展与附着。
测量方法提升法提升法是一种常用的测量液体表面张力的方法。
其基本原理是通过在液体中插入一个单独的物体（如金属环），然后通过逐渐提升该物体直至脱离液体表面。
通过测量所需的提升力和物体周长，可以计算出液体表面张力。
静力法静力法是利用一个浮标并将其部分浸入液体中来测量液体表面张力的方法。
静力法的测量原理是根据液体表面张力使得液体表面的压强在垂直方向上呈现不均匀分布的特点，从而引起浸入液体的浮标受力。
比重差法比重差法是通过测量液体和另一种具有不同密度的液体的接触角来计算液体表面张力的方法。
液体的接触角可以通过测量两种液体在接触面上所形成的弯曲程度来确定，接触角的数值与液体表面张力有关。
影响因素液体表面张力受到许多因素的影响，下面介绍其中几个主要因素：温度温度对液体表面张力的影响主要是通过影响液体分子间的相互作用力。
一般来说，随着温度的升高，液体的分子动能增加，分子间的相互作用力减弱，导致液体表面张力减小。
溶液浓度溶液浓度对液体表面张力的影响可以是正的或者负的，取决于溶质和溶剂之间的相互作用力。
液体表面张力的原理
液体表面张力的原理
液体表面张力是液体表面上的分子和内部液体分子之间的相互作用力导致的现象。
液体分子在内部会互相吸引，形成内部分子间的“内聚力”。
然而，液体表面上的分子因为无处可去，无法与外部分子产生相互吸引，因此它们受到内部分子的吸引力，向液体内部收缩。
液体表面上任意一个分子所处的环境并不对称，因为表面上方是液体的内部，而表面下方则是空气或其他外部介质。
由于表面分子没有周围分子的引力作用，它们受到比内部分子更强的吸引力。
这种不平衡的引力会导致表面上的分子向液体内部产生一个内聚力，使得液体表面呈现出“拉紧”的现象。
液体表面张力的大小取决于液体的性质，它与液体的分子间相互作用力和分子间距离有关。
一般来说，分子间相互作用力越强，液体表面张力也越大。
另外，温度对液体表面张力也有影响，一般情况下，温度越高，液体表面张力越小。
液体表面张力对许多现象和实际应用都有重要影响。
例如，在水平面上的液体形成球体是因为表面张力使液滴收缩成最小体积。
液体上升在细管中的现象也是由表面张力引起的，液体在细管内能够克服重力的作用，形成上升的现象。
在生活中，许多昆虫能够在水面行走或者悬浮的现象也与液体表面张力有关。
液体表面张力还被应用于很多工业和科学领域，如涂层、润滑剂、油墨等。
表面张力介绍
表面张力一、液体的表面张力产生的原因1.首先，要理解什么是表面层，由液体的性质可知：液体中分子与分子之间的距离比气体分子之间的距离小得多，它的平均距离r0的数量级约为10-10m,当两个分子之间的距离大于r0，而小于10 r0时，也就是说分子间的距离在r0－10 r0之间时，此时，分子之间的作用力表现为引力，若分子间的距离大于10 r0，则引力趋于零，所以，我们可以认为液体分子之间的引力作用范围是一个半径不超过10 r0的球，只有球内的分子才对球心的分子有作用力，这个球的半径就称为分子引力作用半径。
而液面下厚度约等于分子引力作用半径的一层液体称为液体的表面层。
所以，凡是液体跟气体接触的表面，都会形成一个有两个表面的薄层，称为表面层。
2.其次，表面层内分子的分布，从两个角度认识表面张力。
从分子动理论的观点分析：当分子间距小于分子引力作用半径时，它们之间才有相互作用的引力。
如果我们在液体内部任取一分子P ,以P为球心，以分子引力半径R 为半径作一球，这样球外分子对P 无作用力，只有球内分子对P 的作用力。
在液体内部和表面层分别取两个分子A和B，分子A在液体的内部，分子B在液体的表面层中。
如图，液体中两个分子A和B受周围分子引力作用的情形。
对A分子而言：受到的引力必定是球对称的，合力等于零。
对B分子来说：它处于液面下厚度为R的表面层中,分子B的情形就不同了。
B分子受到两种力的作用：液体和液外气体。
但是由于气体的密度与液体相比是很小的，它们对液体分子的引力作用可以忽略。
因而分子B所受的引力作用,不再是球对称的了，合力不再等于零。
由于球体是左右对称，上下不对称的，所以对于B分子所受的其他分子的作用力,在水平方向上的分力相互抵消，合力方向应该为垂直液面向下的。
这样，处于表面层中的液体分子,都受到垂直于液面并指向液体内部的力的作用。
在这些力作用下,表面层内的所有液体分子均受有向下的吸引力，使液体表面的分子有被拉进液体内部的趋势,从而把表面层紧紧拉向液体内部。
液体表面张力
液体表面张力Ⅰ定义凡作用于液体表面，使液体表面积缩小的力，称为液体表面张力。
它产生的原因是液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层，表面层里的分子比液体内部稀疏，分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力。
就象你要把弹簧拉开些，弹簧反而表现具有收缩的趋势；也像有无数张手紧紧握在一起似的。
正是因为这种张力的存在，有些小昆虫才能无拘无束地在水面上行走自如。
Ⅱ影响因素内因:无机液体的表面张力比有机液体的表面张力大的多;水的表面张力72.8mN/m(20℃);有机液体的表面张力都小于水;含氮、氧等元素的有机液体的表面张力较大;含F、Si的液体表面张力最小;分子量大表面张力大;水溶液:如果含有无机盐，表面张力比水大;含有有机物，表面张力比水小。
外因:温度升高表面张力减小;压力和表面张力没有关系。
注:液体(0度以上时)表面张力最弱的是酒精。
Ⅲ测定方法液体表面张力的测定方法分静力学法和动力学法。
静力学法有毛细管上升法、du Noüy 环法、Wilhelmy 盘法、旋滴法、悬滴法、滴体积法、最大气泡压力法;动力学法有震荡射流法、毛细管波法。
其中毛细管上升法和最大气泡压力法不能用来测液- 液界面张力。
Wilhelmy 盘法, 最大气泡压力法, 震荡射流法, 毛细管波法可以用来测定动态表面张力。
由于动力学法本身较复杂, 测试精度不高, 而先前的数据采集与处理手段都不够先进, 致使此类测定方法成功应用的实例很少。
因此, 迄今为止, 实际生产中多采用静力学测定方法。
1.毛细管上升法测定原理:将一支毛细管插入液体中, 液体将沿毛细管上升, 升到一定高度后, 毛细管内外液体将达到平衡状态, 液体就不再上升了。
此时, 液面对液体所施加的向上的拉力与液体向下的力相等。
则表面张力 :γ=ρghr/(2cosθ)式中γ为表面张力, r 为毛细管的半径, h 为毛细管中液面上升的高度, ρ为测量液体的密度, g 为当地的重力加速度, θ为液体与管壁的接触角。
测量液体的表面张力
测量液体的表面张力水滴在叶片上形成圆球状，蜘蛛网上能稳定穿过水滴的原因是由于液体的表面张力作用。
表面张力，即液体表面上的分子之间的相互作用力，是液体分子间的相互吸引力所产生的结果。
准确测量液体的表面张力对于理解液体行为和许多应用领域都至关重要。
本文将介绍一些常用的测量表面张力的方法和技术。
1. 垂直平衡法垂直平衡法是一种传统而常用的方法来测量液体的表面张力。
其基本原理是通过测量液体在一个环形或者矩形槽中的静态最小曲面面积来确定液体的表面张力。
在一个垂直的支架上，悬挂一个环形或者矩形的槽，然后往槽里注入待测液体直至溢出，通过调整槽的半径或者宽度，使液体形成一个静态的最小曲面。
通过测量槽的几何参数以及液体的密度和重力加速度，可以计算出液体的表面张力。
2. 悬银法悬银法是一种基于压强差测量液体表面张力的方法。
其基本原理是利用压强差与表面张力之间的关系进行测量。
实验中，将一枚银片悬挂在液面上，通过测量液面下方和上方的压强差，可以计算出液体的表面张力。
这种方法对于粘度较大的液体和气液界面的表面张力测量较为有效。
3. 巴班法巴班法也是一种常用的测量液体表面张力的方法。
它通过测量液体膜的破裂压力来计算液体的表面张力。
实验中，将待测液体注入一个环状槽中，然后通过改变气体的压强来逐渐增加液体膜的面积，当液体膜破裂时测量气体的压强，最终可以计算出液体的表面张力。
巴班法对于粘度较小的液体和薄膜的表面张力测量较为有效。
4. 悬滴法悬滴法是一种基于液滴形状和重力平衡的方法来测量液体表面张力。
实验中，将待测液体从毛细玻璃管中滴下，使其形成一个悬挂的液滴，通过测量液滴的形状参数（如直径和接触角）以及重力的作用力，可以计算出液体的表面张力。
这种方法对于小滴直径和低粘度的液体表面张力测量较为适用。
总结：测量液体的表面张力是一个复杂而重要的课题，常用的测量方法包括垂直平衡法、悬银法、巴班法和悬滴法等。
根据不同的液体性质和实验条件，选择适当的方法进行测量可以得到准确可靠的结果。
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液体表面张力系数的测定实验报告模板
【实验目的】
1．了解水的表面性质，用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。
2．学会使用焦利氏秤测量微小力的原理和方法。
【实验仪器】
焦利秤，砝码，烧杯，温度计，镊子，水，游标卡尺等。
【实验原理】液体表面层内分子相互作用的结果使得液体表面自然收缩，犹如紧张的弹性薄膜。
由于液面收缩而产生的沿着切线方向的力称为表面张力。
设想在液面上作长为L 的线段，线段两侧液面便有张力作用，其方向与L 垂直，大小与线段L 成正比。
即有：=γL
比例系数γ称为液体表面张力，其单位为N/m.
将一表面洁净的长为L 、宽为d 的圆形金属环（或金属丝）竖直浸入水中，然后慢慢提起一张水膜，当金属环将要脱离液面，即拉起的水膜刚好要破裂时，则有：F=mg+,式中F 为把金属环拉出液面时所用的力；mg 为金属环和带起的水膜的总质量；f 为张力。
此时，与接触面的周围边界π（）,则
有γ=
，式中D1,D2分别为圆环的内外直径。
实验表明，γ与液体种类、纯度、温度和液面上方的气体成分有关，液体温度越高，γ值越小，液体含杂质越多，γ值越小，只要上述条件保持一定，则γ是一个常量，所以测量γ时要记下当时的温度和所用液体的种类及纯度。
【实验步骤】1.安装好仪器，挂好弹簧，调节底板的三个水平调节螺丝，使焦利称立柱竖直。
在主尺顶部挂入吊钩再安装弹簧和配重圆柱体，使小指针被夹在两个配重圆柱之间，配重圆柱体下端通过吊钩钩住砝码托盘。
调整小游标的高度使小游标左侧的基准线大致对准指针，锁紧固定小游标的锁紧螺钉，然后调节微调螺丝使指针与镜子框边的刻线重合，当镜子边框上刻线、指针和指针的像重合时（即称为“三线对齐”),读出游标0线对应刻度的数值。
2.测量弹簧的劲度系数k.依次增加 1.0g 砝码，即将质量为1.0g,2.0g,3.0g,…,9.0g,10.0g 的砝码加在下盘内。
调整小游标的高度，每次都
F f F f F f F f D D 2
1
+)
mg
-F 21D D +∏(
重新使其三线对齐，分别记下游标0线所指示的读数L1，L2，…，L9；再逐次减少1.0g 砝码，调整小游标的高度，每次都重新使之三线对齐，分别记下游标0线所指示的读数，，，…，，取二者平均值，用逐差法求出弹簧的劲
度系数。
即i L =
，Δi L =，k=
3.测（F-mg)值。
将洁净的金属圆环挂在弹簧下端的小钩子上，把装有蒸馏水的烧杯置于焦
利平台上，调整平台高度，使金属圆环恰好停在液面为止，调整小游标的高度，使三线对齐，记下此时游标0线指示读数。
调节平台位置，使金属片浸入水中，转动平台旋钮使平台
缓缓下降，下降的过程中金属圆环底部会拉成水膜，在水膜还没有破裂时需调节三线对齐，然后再使平台下降一点，重复刚才的调节，记下此时游标0线所指示的读数s,算出ΔS=
的值，即为在表面张力作用下，弹簧的伸长量，重复测量5次，求出平均值，此时有F-mg=
=k ,式中k 为所示弹簧的劲度系数，代入可得γ=。
4.用卡尺测出
，D 2
值，将数据代入即可算出水的γ值，再记录室温，可查出此
温度下蒸馏水的标准值γ，并作比较。
【数据处理】
1.用逐差法计算弹簧的倔强系数K （实验温度：180
C ）
'
L 0'
L 1'
L 2'
L 92
L i '
+L i
5
1
)(5
4
i L L
i i ++=∑L ∆g
5s
s 0
s -s ∆F
f
s ∆)
(s
k 21D D +∏∆D 1
=
=
∆
+
=
∑)
-
(
5
1
5
i
i
i
L
L
L15.914mm
()=
-
∆
-
∆
=∑
∆
)1
5
/(
L
L2
L i
σ0.1815
=
=
∆
∆L
95
.0σ
n
t
A
0.218526
05
.1
仪
∆
=
∆
B
=0.02mm
2
2
B
A
L
∆
+
∆
=
∆
∆
=0.2194
=0.0884或0.08496
2．计算液体表面张力f
=
=
∆
∆S
95
.0σ
n
t
A
0.40196744
=
∆
=
∆
05
.1
仪
B
0.02mm
2
2
S B
A
∆
+
∆
=
∆
∆
=0.402465
3.金属环外、内直径的测量(本实验直接给学生结果)
=+∆=
)
(21d d S
K πα0.06323
3．计算表面张力系数α及不确定度
=⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛∆++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+∆=∆∆2
S 212K 21)(K
)(d d d d S ππα0.0083
4. 表面张力系数的理论值：=⨯-≈-m N t /10)1
5.05.75(3α0.0728
【误差分析】1.系统误差：张力的测量 2.所测液体不纯，引入系统误差3.内外径
测量存在误差。
4.温度测量存在误差5.盛水的器皿不干净6.桌面的震动，空气的流动，金属圆环底部不水平硬气水膜的提前破裂等。
【思考题】
1. 用焦利称测量微小力的依据是什么？ 答：焦利称支架上设有游标精确度为0.02mm.
2．金属圆环浸入水中，然后轻轻提起到底面与水面相平时，试分析金属圆环在竖直方向的受力。
答：金属环竖直向下的重力，水膜的张力，弹簧竖直向上的拉力。
3． 分析（2）式成立的条件，实验中应如何保证这些条件实现？ 答：张力
的测量以及（F —mg ）的测量，减小外界因素例如桌面振动等对实验数据
的影响，在测量力的时候注意保持水平，并记录在水膜刚好要破裂时的读数，以减小实验误差。
4． 本实验中为何安排测（F —mg ），而不是分别测F 和mg ？ 答：减小实验误差。
5. 本实验影响测量的主要因素有哪些？这些因素使α偏大还是偏小？
答：液体的种类、纯度、温度和液面上方的气体成分，液体温度越高，γ值越小，液
体含杂质越多，γ值越小；桌面的震动、空气的流动、金属圆环底部不水平等引
F f F
f
起水膜的提前破裂导致实验误差增大，使得计算出γ值偏小。
实验数据图。