用焦利氏称测量液体表面张力系数
实验二用焦利氏秤测定液体的表面张力
实验二用焦利氏秤测定液体的表面张力实验二：用焦利氏秤测定液体的表面张力一、实验目的1.掌握用焦利氏秤测量液体表面张力的原理和方法。
2.通过实验观察和理解液体表面张力的现象和规律。
二、实验原理液体表面张力是指液体表面分子之间的相互吸引力，是液体内部分子之间的凝聚力作用于液体表面的结果。
表面张力的大小反映了液体分子间的相互吸引程度。
焦利氏秤是测量液体表面张力的一种常用仪器，其原理是利用弹簧秤测量微小形变时的弹力，通过已知弹簧常数和形变量计算出表面张力。
三、实验步骤1.准备实验器材：焦利氏秤、三角支架、尺子、纸巾、待测液体（如水、乙醇等）。
2.将焦利氏秤挂在三角支架上，调整焦利氏秤的零点。
3.用纸巾擦拭焦利氏秤的金属片，将其插入待测液体中，待稳定后读取弹簧秤的示数（注意读取时要消除振动）。
4.用尺子测量金属片在液体中的深度h。
5.重复步骤3和4三次，取平均值。
6.根据公式计算表面张力。
四、实验结果与分析1.实验结果：在实验过程中，我们得到了待测液体（如水）的表面张力数值。
根据实验数据，可以发现不同液体的表面张力存在差异。
例如，水的表面张力较大，而乙醇的表面张力较小。
这表明不同液体的分子间相互吸引力存在差异。
2.结果分析：表面张力的大小与液体的性质、温度等因素有关。
例如，水分子间的氢键较强，因此水的表面张力较大。
通过实验，我们可以深入理解液体表面张力的性质和规律，为后续的理论学习和应用打下基础。
五、实验结论本实验通过使用焦利氏秤测定液体的表面张力，验证了液体表面张力的存在和测量方法。
实验结果表明，不同液体的表面张力存在差异，反映了液体分子间的相互吸引力。
通过实验，我们深入理解了液体表面张力的性质和规律，为后续的理论学习和应用提供了有益的实践经验。
同时，实验也锻炼了我们的实验技能和观察能力，提高了我们的科学素养和实践能力。
六、思考与探讨1.在实验过程中，如何保证测量结果的准确性？例如，如何消除振动对测量结果的影响？2.除了使用焦利氏秤，还有哪些方法可以测定液体的表面张力？其优缺点是什么？3.在实际应用中，液体表面张力有哪些现象和规律？例如，在自然界中存在的露珠、雨滴等现象与液体表面张力有何关系？4.能否通过实验探究温度对液体表面张力的影响？如果可以，应如何设计实验方案？5.在工业生产和日常生活中，液体表面张力有哪些应用？例如，在制作化妆品、涂料等领域中与液体表面张力相关的现象和规律有哪些？。
实验5 用焦利氏秤测定液体的表面张力系数(70-72)
. .实验五 用焦利氏秤测定液体的表面张力系数【实验目的】1．学习使用焦利秤，测量纯水和其它液体的表面张力系数；2．观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象,并用物理学基本概念和定律进行分析和研究,加深对物理规律的认识。
【实验仪器】焦利秤，金属框及钢丝，砝码，游标卡尺，温度计，蒸发皿，酒精灯，蒸馏水等。
【实验原理】液体表面层内的分子，由于受到不对称分子力的作用，力图进入液体内部，使液体自由表面犹如一张拉紧的弹性薄膜，都有收缩的趋势，因此液体表面内存在张力，称为表面张力。
假设在液面上任画一条长为l 的线段，则张力f 就表现为线段两侧液膜之间相互作用的拉力，力的方向与所画的线段垂直，其大小与线段长l 成正比，即：l f ⋅=α （11-1）式(11-1)中,α称为液体的表面张力系数，表示单位长度直线两侧液面之间的拉力，其单位在SI 制中为1N m -⋅，在CGS 制中为1dyn cm -⋅。
表面张力系数与温度有关，温度升高，α减小。
实验证明α与温度的关系近似地为线性关系，即βθααθ-=0 （11-2）式(11-2)中,0α和θα分别为0℃和θ℃时的表面张力系数，β为表面张力系数的温度系数。
如果在金属框中间拉一条细金属丝ab ，如图11-1所示，将框和细丝浸入待测液体中，然后再慢慢拉出液面，则金属细丝带出—层液膜。
设液膜将被拉断时向上的拉力为F ，膜宽(即金属丝的长度)为l ，膜高为h ，膜厚(即金属丝直径)为d 。
被拉起的液膜有两个表面，再考虑到这部分液体的重量之后，有g ldh l W F ρα++=2 （11-3）式(11-3)中,W 是金属框和金属丝所受的重力和浮力差，ρ为液体密度，g 为重力加速度。
不难看出，lα2为表面张力，g ldh ρ为液膜的重量。
由式(11-3)可得 图11-1()lg ldh W F 2ρα--= （11-4） 【仪器介绍】焦利秤如图11-2所示，是弹簧秤的一种。
用焦利氏秤测定液体的表面张力系数
总结实验结果，得出液体的表面张力系数值，并与其他文献值进行比较，判断实验结果的准确性。同 时，根据实验结果分析，提出可能的改进措施和未来研究方向。
05
CATALOGUE
实验总结
实验收获与体会
1 2 3
掌握了焦利氏秤的使用方法
通过本次实验，我们学会了如何正确操作焦利氏 秤，了解了其工作原理和注意事项，为后续的实 验操作打下了基础。
焦利氏秤的工作原理
焦利氏秤主要由弹簧、砝码、标尺和支架组成，通过测量砝 码在液体表面形成的弯月面时产生的力矩来测定表面张力。
当砝码浸入液体时，液面会形成弯月面，砝码在液体表面受 到一个与表面张力相反的力矩作用。通过测量砝码在液体表 面形成的弯月面时产生的力矩，可以计算出液体的表面张力 。
实验数据处理方法
实验步骤 1. 将焦利氏秤放置在水平台面上，调整至水平状态。
2. 用天平称量金属片的重量，并记录。
掌握实验操作步骤和注意事项
3. 将金属片悬挂在秤砣上，浸入待测液体中，观 察金属片的弯曲程度，并记录读数。 4. 重复实验多次，取平均值。
注意事项
掌握实验操作步骤和注意事项
1. 实验前应确保焦利氏秤已经 校准，金属片清洁干燥。
拓展表面张力相关的研究
基于本次实验的基础，我们可以进一步开展与表面张力相关的研究，探索不同条件下表面张力的变化规律及其影 响因素，为相关领域的发展提供支持。
THANKS
感谢观看
焦利氏秤
确保焦利氏秤的测量范围和精 度满足实验要求，检查砝码是 否完好无损。
液体样品
准备足够量的待测液体，确保 其纯净且无杂质。
温度计
测量水槽内的温度，确保其准 确可靠。
安装焦利氏秤并调整平衡
表面张力实验报告(附数据及处理)
5.0
x/cm
2.17
2.53
2.98
3.40
3.82
4.24
4.65
5.05
5.50
5.93
2.5
2.5
2.5
2.5
2.11
将10个数据分成5组
由上表数据得：
三、自来水的表面张力系数
1）用金属圈测定
金属圈直径：
周长：
膜破时金属圈上升的距离：
表面张力：
表面张力系数：
膜破时金属圈上升的距离：
表面张力：
表面张力系数：
每次测量得的表面张力系数：
表面张力系数的标准差：
计算表面张力系数的A类不确定度：
2）用金属丝测定
金属丝的长度：
膜破时金属圈上升的距离：
表面张力：
表面张力系数：
每次测量得的表面张力系数：
表面张力系数的标准差：
计算表面张力系数的A类不确定度：
四、思考题
焦利氏秤测定液体的表面张力有什么优点？
用焦利氏秤能够迅速准确测定出液膜即将破裂时的F值，因而可以方便地算出表面张力值。和一般的弹簧秤不同的是，焦利氏秤是保持下方不动，使得测量值更准确，再加上其精度同游标卡尺，所以焦利氏秤的精度非常高。而且其机构简单，便于操作，特别适合广大学生朋友。
每次测量得的表面张力系数：
表面张力系数的标准差：
计算表面张力系数的A类不确定度：
2）用金属丝测定
金属丝的长度：
膜破时金属丝上升的距离：
表面张力：
表面张力系数：
每次测量得的表面张力系数：
表面张力系数的标准差：
计算表面张力系数的A类不确定度：
三、洗洁精溶液的表面张力系数
1）用金属圈测定
焦利氏秤测量液体表面张力系数实验改进
焦利氏秤测量液体表面张力系数实验改进
吴魏霞;史萍;张孟佳;李福芸;张翱;孙兆永
【期刊名称】《大学物理实验》
【年(卷),期】2022(35)6
【摘要】对我校大学物理实验项目“焦利氏秤测量液体表面张力系数”进行改进,其中将容易变形的门形丝改为不易变形且形状规则的长方形卡片或空心圆柱桶;将焦利氏秤上的长度刻度改为直接可读的微小力刻度,并采用动态摄影技术,通过慢放精准定位读出力的大小。
此改进方法不仅降低了操作难度,简化了实验过程,最重要的是减小了读数和测量结果误差。
【总页数】4页(P63-66)
【作者】吴魏霞;史萍;张孟佳;李福芸;张翱;孙兆永
【作者单位】北京印刷学院基础教育学院;北京印刷学院印刷与包装工程学院【正文语种】中文
【中图分类】O441.5
【相关文献】
1.用焦利秤测量液体表面张力系数实验中弹簧的零点测量分析
2.用焦利秤测液体表面张力系数的实验探讨
3.用焦利秤测液体表面张力系数实验测量公式的研究
4.用焦利秤测量液体表面张力系数
5.焦利秤测定液体表面张力系数实验中测量公式的修定
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用焦利氏秤测定液体的表面张力系数(精)
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
3 ．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。
六．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 500 C ）即可，以防变形。灼烧之
2 ．若焦利氏秤套筒未调铅直，能否进行测量，为什么？
3 ．式 (24.3) 和 (24.6) 有什么区别？在本实验中它们表示的意义各是什么？
4 ．在拉膜过程中，若焦利氏秤弹簧有微小振动，对测量结果有何影响？
5 ．在拉膜过程中为什么应始终保持 “ F ”、“ E ”、“ E ”三线重合？为满足此项要求，
F 相互作用，而且力的
方向与线段相垂直，其大小与该线段之长度 L 成正比。即：
FL
(24.1)
其中，比例系数 称为液体的表面张力系数，它表示单位长度的线段两侧液面的相互拉力。
其单位为： N m 1 。当液体表面与其蒸汽或空气相接触时，表面张力仅与液体本身的性质
及其温度有关。 各种液体， 其 的数值可以很不相同： 密度小、 容易蒸发的液体， 其 较小；
液体表面张力系数的测定
实验七液体表面张力系数的测定【实验目的】1. 了解焦利氏秤测微小力的原理、结构和方法；2．用拉脱法测量室温下水的表面张力系数；3．掌握用逐差法处理数据。
【实验仪器】焦利氏秤，Π型金属丝框，法码，游标卡尺，玻璃杯，酒精，金属镊子，温度计及蒸馏水。
【实验原理】许多涉及液体的物理现象都与液体的表面性质有关，液体表面的主要性质就是表面张力。
例如液体与固体接触时的浸润与不浸润现象、毛细现象、液体泡沫的形成等，工业生产中使用的浮选技术，动植物体内液体的运动，土壤中水的运动等都是液体表面张力的表现。
液体表面层中分子的受力情况与液体的内部不同。
在液体内部，任一个分子受其他分子引力、斥力在各方向上均相等，则所受的合力为0；而在表面层，由于液体上方气体分子密度较小，液体表面层分子间的距离大于正常距离，这时引力大于斥力。
这种状态下，整个液面如同绷紧的弹性薄膜，这时产生的沿液面并使之收缩的力称为液体表面张力，用表面张力系数来描述。
液体的表面张力系数与液体的性质、杂质情况、温度等有关。
当液面与其蒸汽相接触时，表面张力仅与液体性质及温度有关。
一般来讲，密度小，易挥发液体小；温度愈高，愈小。
如果在液体表面想象一条直线段，那么,表面张力就表现为线段两边的的液面会以一定的拉力相互作用,此拉力方向垂直于线段,大小与此线段的长度成正比,即（7-1）其中，为液体表面张力系数,它表示单位长线段两侧液体的相互作用，国际制中单位为牛顿/米，记为N?M-1。
拉脱法测定液体表面张力系数是基于液体与固体接触时的表面现象提出的。
由分子运动论可知，当液体分子和与其接触的固体分子之间的吸引力大于液体分子的内聚力时，就会产生液体浸润固体的现象。
现将一洁净Π型金属丝浸入水中，由于水能浸润金属，当拉起金属丝时，在Π型金属丝框内就形成双面水膜。
设Π型金属丝的直径为，内宽为，重量，受浮力，弹簧向上的拉力，液体的表面张力为。
则Π型丝的受力平衡条件为（7-2）设接触角为，由于水膜宽度为（L+d）,则表面张力为（7-3）缓慢拉起Π型丝至水面时，接触角趋近于零，上式中。
用焦利秤测液体表面张力系数实验测量公式的研究
用焦利秤测液体表面张力系数实验测量公式的研究
邵建新
【期刊名称】《物理与工程》
【年(卷),期】2005(15)6
【摘要】指出了某些文献中所给出的用焦利秤测液体表面张力系数实验测量公式存在的问题,并给出了正确的测量公式.
【总页数】4页(P34-37)
【作者】邵建新
【作者单位】石河子大学师范学院物理系,新疆,石河子,832000
【正文语种】中文
【中图分类】O4;G42
【相关文献】
1.焦利氏称测液体表面张力系数的探讨 [J], 段坤杰;衡丽君
2.用焦利秤测量液体表面张力系数实验中弹簧的零点测量分析 [J], 何仲
3.用焦利秤测液体表面张力系数的实验探讨 [J], 黄曙江
4.用焦利秤测量液体表面张力系数 [J], 王雅红;潘政;赵鹏程;张丁立;李维;乔月;林芃杉;Pascaline UMUHIRE;Tandong Christerbel BIN
5.焦利秤测定液体表面张力系数实验中测量公式的修定 [J], 岳应利;陈荐俊
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系 级 姓名 日期 No. 评分：
实验题目：焦利氏秤法测量液体的表面张力
实验目的：学习并掌握用焦利氏秤法测量液体的表面张力的方法，加深对液体表
面张力的理解。
实验原理：
液体表层内分子力的宏观表现，使液面具有收缩的趋势。
想象在液面上划一条线，表面张力就表现为直线两侧的液体以一定的拉力相互作用。
这种张力垂直于该直线且与线的长度成正比，比例系数称为表面张力系数。
把金属丝AB 弯成如图 (a)所示的形状，将其悬挂在灵敏的测力计上，浸到液体中，缓缓提起测力计时，金属丝就会拉出一层与液体相连的液膜，由于表面张力的作用，测力计的读数逐渐达到一最大值F （超过此值，膜即破裂）。
由于液膜有两个表面，若每个表面的力为F '，则由 '2F mg F += 得 2
'mg
F F -=
（1） 表面张力F ’的大小与分界线的长度成正比。
即
l F σ=' （2）
系级姓名日期No. 评分：
σ称为表面张力系数，单位是N/m。
表面张力系数与液体的性质，杂质和温度有关。
测定表面张力系数的关键是测量表面张力F'，应用焦利氏秤液膜即将破裂可以方便地测量表面张力F'。
实验器材：焦利氏秤，自来水，肥皂水，金属丝，金属圈，钢板尺。
实验内容:
1、确定焦利氏秤上锥形弹簧的劲度系数k；
2、测量自来水的表面张力系数；
3、测量肥皂水的表面张力系数。
数据记录处理:
1、确定焦利氏秤上锥形弹簧的劲度系数k
m/g 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 x/cm 2.87 3.38 3.86 4.36 4.88 5.42 5.93 6.48 7.00 7.53 8.06 （1）作图法：
系 级 姓名 日期 No. 评分：
1
2
3
4
5
m/g
x/cm
（2）由作图法,计算斜率得k1=0.957g/cm=0.937N/m 逐差法：( 2.5m g ∆=) xi+5-xi
x6-x1 x7-x2 x8-x3 x9-x4 x10-x5 x
/x cm ∆
2.65
2.62
2.64
2.65
2.64
2.64
由逐差法计算得出k2=0.947g/m=0.928N/m 。
两种方法得到的k 的平均值，就是最终的k 值:
k=0.9325N/m
2、测量自来水的表面张力系数 （1）金属圈直径的测量
次数 1 2 3 d
A U 直径d/cm
3.52
3.55
3.50
3.52
0.026
系 级 姓名 日期 No. 评分：
（2）焦利氏秤的读数/x cm ∆
次数
10x x -
20x x -
30x x -
1x ∆
A U /x cm ∆
1.40
1.38
1.43
1.40
0.025
由k=0.9325N/m , 1x ∆=1.40cm , d =3.52cm , 得到1
10.059/2k x N m d
σπ∆=
= 3、测量肥皂水的表面张力系数 （1）金属丝长度的测量
次数 1 2 3 l
A U 长度l/cm
3.68
3.69
3.69
3.69
0.006
（2）焦利氏秤的读数/x cm ∆
次数
10x x -
20x x -
30x x -
2x ∆
A U /x cm ∆
0.21
0.18
0.16
0.196
0.021
由k=0.9325N/m, 2x ∆=0.20cm, l =3.69cm, 得到2
20.025/2k x N m l
σ∆=
= 不确定度分析：
1、劲度系数k=0.9325N/m ，k U =0.006
2、x U ∆=
当0.68P =时，t=1.32 , ∆仪=0.002㎝
(1)自来水中x ∆：A U =0.025,则1x U ∆==0.033cm
系 级 姓名 日期 No. 评分：
(2)肥皂水中x ∆：A U =0.021,则2x U ∆=单位应该补上；
3、U =当0.68P =时，t=1.32 , ∆仪=0.01㎝, C=3
(1)金属圈直径d ：A U =0.026,则d U =
(2)金属丝长度l ：A U =0.006,则l U ==0.001cm
同上；
4、不确定度计算： 误差传递公式：
2
22)()()(
D
U x U k U U D x k +∆+=∆σ
σ
（1）自来水的表面张力系数测定的不确定度： 由k=0.9325N/m ,1x ∆=1.40cm ,d=3.52cm
1U σ=σ（2）肥皂水的表面张力系数测定的不确定度： 由k=0.9325N/m , 2x ∆=0.20cm l =3.69cm
2U σ=σ最终结果：
自来水的表面张力系数：1(0.0590.002)/N m σ=± P=0.68
系级姓名日期No. 评分：
肥皂水的表面张力系数：
2(0.0250.001)/
N m
σ=±P=0.68
思考题：
1、焦利氏秤法测定液体的表面张力有什么优点？
答：焦利氏秤则是在测量过程中保持下端固定在某一位置，靠上端的位移大小来称衡，因而可以迅速测出液膜即将破裂时的F，克服了用普通的弹簧是很难迅速测出液膜即将破裂时的F这一困难，可以方便地测量表面张力F'。
焦利氏秤还把弹簧做成锥形，克服了因弹簧自重引起弹性系数的变化，实验精度较高。
2、有人利用润湿现象设计了一个毛细管永动机（图5.2.1-3）。
A管中液面高于B 管，由连通器原理，B管下端滴水，而滴水可以作功，水又回到槽内，成为永动机。
试分析其谬误所在。
答：该装置的谬误之处在于忽视了液体的表面张力的作用，A管中液面虽然高于B管，但由于水有表面张力，液面差所提供的动力不能够使B管水滴顺利地滴下，于是不可能制成这种“永动机”。