大学物理实验——表面张力系数
液体表面张力系数的测定
反方向旋转螺母， 电压表读数增加 继续旋转读数增 加到一个最大值
阶段1
继续旋转， 读数开始减小
阶段2
此时，观察电压表 读数，记下U1、U2
减小到某一个 值，液膜破裂
阶段3
22
1. 阶段1的受力分析
吊环下沿浸没在水中时，有
吊环下沿拉离水面，开始拉起液膜时，有
这里，f 为表面张力
次数 U1/mV U2/ mV Δ(U 1U2)/ mV α/(×103N/m)
1
2
3 4 5
内径D1/mm
外 经 D2/ mm
20
（3）结果表示
α αi 5
i 1
2 α α i i 1 n
5
=
Uቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
n( n 1 )
α= Eα=
21
五、实验现象的受力分析
对整个的实验过程，可以分为以下3个阶段：
电压表读数达到最大值，此时有
23
2. 阶段2的受力分析
达到最大值后，继续反方向转动调节螺母，可以发
现，电压表读数开始减小，这主要是因为附着在液膜上
的水在重力的作用下向下滑，所以拉力减小。
24
3. 阶段3的受力分析
在液膜拉破前瞬间有：
F1 = mg + f1 + f2 = mg + f
在液膜拉破后瞬间有：
8
二、实验仪器
1. 实验装置
1.底座及调节螺丝 4.金属片状圆环 6.数字电压表
2.升降调节螺母 3.培养皿 5.硅压阻式力敏传感器及金属外壳
9
2. 硅压阻式力敏传感器的结构及原理
（1）传感器
大学物理实验(最终)
大学物理实验一、万用表的使用1、使用万用表欧姆档测电阻时，两只手握住笔的金属部分在与电阻两端接触进行测量时，对结果有无影响？为什么？有影响，会使测量值偏小因为人体本身有电阻，两只手握住笔的金属部分在与电阻两端接触相当于并联2、用万用表测电阻时，通过电阻的电流是由什么电源供给的？万用表的红表笔和黑表笔哪一个电位高？电源内部电路提供（万用表的内部电池供给的）黑笔3、用万用表欧姆档判别晶体二极管的管脚极性时，若两测量得到阻值都很小或都很大，说明了什么？两测量得到阻值都很小，说明二极管已被击穿损坏两测量得到阻值都很大，说明二极管内部断路4、能否用万用表检查一回路中电阻值？为什么？不能，因为通电电路中测量电阻值会造成万用表的损坏。
【数据处理】（要求写出计算过程） 1．1R = Ω 2．2R = Ω 3．U = V211()(1)kU i i U U k σ==-=-∑ V ==2∆仪最小分度值V 22U U U σ=+∆仪= VU U U U =±=（ ± ）V 100%UU U E U=⨯= % 二、用模拟法测绘静电场1、出现下列情况时，所画的等势线和电力线有无变化？（电源电压提高1倍；导电媒质的导电率不变，但厚度不均匀；电极边缘与导电媒质接触不良；导电媒质导电率不均匀） 有，电势线距离变小，电力线彼此密集 无任何变化无法测出电压，画不出等势线、电力线 等势线、电力线会变形失真2、将电极之间电压正负接反，所作的等势线和电力线是否有变化？ 等势线和电力线形状基本不变，电力线方向相反3、此实验中，若以纯净水代替自来水，会有怎样的结果？实验无法做，因为纯净水不导电4、本实验除了用电压表法外还可以用检流计法（电桥法）来测量电势。
试设计测量电路。
两种方法各有何优缺点？电压表法优点：简单缺点：误差大电桥法优点：测量精度高缺点：复杂5、能否根据实验测出的等势线计算场中某点的电场强度？为什么？不能，因为等势线是定性的线条，相邻等势线的间隔表示的电势差相等，等势线间隔小的地方电场线强，电场强度大只能说明，无法定量表达三、迈克尔逊干涉仪1、为什么有些地方条纹粗，有些地方条纹细？能指出什么地方条纹最粗吗？相邻条纹间距与两平面镜到分光板近距离之差d成反比，与各条纹对应干涉光束和中心轴夹角成反比。
液体表面张力系数的测定报告
南昌大学物理实验报告课程名称：大学物理实验实验名称：液体表面张力系数的测定学院：管理学院专业班级：学生姓名：学号：实验地点：基础实验大楼608 座位号：实验时间：第三周星期天下午四点开始液体表面张力系数的测定实验报告【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：L F ⋅=αfα称为液体表面张力系数，单位：N/m 。
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 。
其中，F 为拉出时所用的力，mg 为金属片和带起的水膜的总质量，f 为表面张力。
实验中利用金属圆环，则：f=F-mg【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L 0.2．测母弹簧的倔强系数K ：依次增加 1.0g 砝码．即将质量为 1.0g ，2.0g ．3.0g ，…，9.0g 的砝码加在下盘内。
调整小游标的高度．每次都重新使三线对齐，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．每次都重新使三线对齐，分别记下游标。
大学物理实验实验17_用拉脱法测液体表面张力系数
实验目的
1. 学习用焦利秤测量微小力的原理和方法。 2. 测定常温下水的表面张力系数。 3. 加深对液体表面性质的了解。
实验仪器
焦利秤（包括弹簧、带镜挂钩、测量杆） 砝码 金属圆环 玻璃皿 游标卡尺
右图为焦利秤的结构
1—主尺 2—游标 3—立柱 4—主尺旋钮 5—平台升降螺杆 6—平台 7—盛液杯 8—金属环 9 —玻璃管 10 —带镜挂钩 11—弹簧 D、G—水平刻线
用拉脱法测液体的 表面张力系数
物理实验教学中心
实验背景
表面张力（surface tension），是液体表面 层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任 一界线上的张力。
在自然界中，我们可以看到很多表面张力的 现象和对张力的运用。比如，露水总是尽可能地 呈球形，而某些昆虫则利用表面张力可以漂浮在 水面上。
4. 取下金属环，换上小砝码盘。使加入砝码盘的砝码总质量 依次为1g，2g，…，10g。 测出相应于各次砝码质量的“ 三线重合”的主尺示值yM1，yM2，…，yM10。计算相应于 ΔM=5g的各个ΔyMj = yMj+5− yMj，并计算。
5. 取下弹簧，把带钩测量杆的无钩端固定在主尺顶端的短臂 上。把带镜挂钩和金属环悬挂在测量杆下端。调节主尺旋 钮使“三线重合”，读出主尺示值y3。再重复第3步的操 作水，膜读的出最水大膜高断度裂为h时=刻y3 的−y“4。三记线录重h合、”室的温主和尺水示温值。y4。则
6.用游标卡尺测量金属环的内、外半径r1、r2。注意不能 使金属环变形。 7.计算表面张力。并估算合成不确定度。
注意事项
1.实验前一定要熟悉焦利秤的调整和读数。 2.预习时了解本实验的主要误差来源，以便在 实验中有效地减小误差。
思考题
大学物理实验液体表面张力系数测定讲义
大学物理实验液体表面张力系数测定讲义液体表面张力系数测定一、实验简介液体具有尽量缩小其表面的趋势，好象液体表面是一张拉紧了的橡皮膜一样。
把这种沿着表面的、收缩液面的力称为表面张力。
表面张力的存在能说明物质处于液态时所特有的许多现象，比如泡沫的形成、润湿和毛细现象等等。
测定液体表面张力的方法很多，常用的有焦利氏秤法（拉脱法）、毛细管法、平板法、滴重法、最大泡压法等。
本实验采用焦利氏秤法（拉脱法）。
该方法的特点是，用秤量仪器直接测量液体的表面张力，测量方法直观，概念清楚。
二、实验原理液体表面层（其厚度等于分子的作用半径）内的分子所处的环境跟液体内部的分子是不同的。
表面层内的分子合力垂直于液面并指向液体内部，所以分子有从液面挤入液体内部的倾向，并使液体表面自然收缩想象在液面上划一条直线，表面张力就表现为直线两旁的液膜以一定的拉力相互作用。
拉力F 存在于表面层，方向恒与直线垂直，大小与直线的长度l 成正比，即 F ＝σl式中σ称为表面张力系数，它的大小与液体的成分、纯度、浓度以及温度有关。
三、实验方法金属丝框缓慢拉出水面的过程中，金属丝框下面将带起一水膜，当水膜刚被拉断时，诸力的平衡条件是/2F mg F =+而/F l σ= 得到2F mg lσ-=焦利秤的构造如图所示，它实际上是一种用于测微小力的精细弹簧秤。
一般的弹簧秤都是弹簧秤上端固定，在下端加负载后向下伸长，而焦利秤与之相反，它是控制弹簧下端的位置保持一定，加负载后向上拉动弹簧确定伸长值。
三线对齐为了保证弹簧下端的位置是固定的，必须三线对齐，即玻璃圆筒E上的刻线、小平面镜上的刻线、E上的刻线在小平面镜中的象，三者始终重合。
在力F作用下弹簧伸长Δl，根据虎克定律可知，在弹性限度内F = kΔl，将已知重量的砝码加在砝码盘中，测出弹簧的伸长量，由上式即可计算该弹簧的k值，由k值就可测外力F四、实验内容1、确定焦利氏秤上锥形弹簧的劲度系数(1) 把锥形弹簧，带小镜子的挂钩和小砝码盘依次安装到秤框内的金属杆上。
大学物理实验——表面张力系数
大学物理实验报告题目：液体表面张力系数的测定专业班次： 姓名： 日期：2014-10-14 一、实验名称液体表面张力系数的测定二、实验任务(1)用砝码对硅压阻力敏传感器进行定标，计算该传感器的灵敏度，学习传感器的定标 方法。
(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。
(3)测量室温下水的表面张力系数。
三、实验仪器液体表面张力系数测定仪、垂直调节台、硅压阻力敏传感器、铝合金吊环、吊盘、砝码、玻璃皿、镊子和游标卡尺。
四、实验原理1．硅压阻力敏传感器的灵敏度当传感器的力臂发生形变时，硅力敏传感芯片就会把这一形变转变成电压值，有数字电压表显示出来。
在弹性范围内，力臂的形变与挂钩所受的力成正比，而硅力敏传感芯片的输出电压与力臂的形变成正比；也就是说传感器的输出电压与挂钩上所受的力成正比，其比值称为传感器的灵敏度，即F ∆•=∆B U2．实验的基本构思与原理在实验中，将一个金属圆环固定在传感器上，该环浸没于液体中，当把圆环渐渐从液体中拉起时，金属圆环会受到液体表面膜的拉力作用。
表面膜拉力的大小为()()απππαα212122D D r r l f +=+=∆=式中D1、D ２分别为圆环外径和内径，α为液体表面张力系数。
在液面拉脱的瞬间，这个表面膜的拉力消失。
因此，金属圆环拉脱瞬间前后传感器受到的拉力差为()απ21D D f += （1）并以数字式电压表输出显示为()B U U f /21-= （2）式中U1为吊环即将拉断液体柱前一瞬间数字电压表读数值，U2为拉断时瞬间数字电压表读数，B 为力敏传感器的灵敏度。
由（1）（2），我们可以得到液体的表面张力系数为()()[]2121/U D D B U +-=πα （3）因此，只要测量出（U1-U2），B，D1和D2，就能得到液体的表面张力系数α。
五、实验操作步骤1.力敏传感器的定标每个力敏传感器的灵敏度都有所不同，在实验前，应先将其定标，步骤如下：(1)打开仪器的电源开关，将仪器预热。
大学物理实验PPT-液体表面张力系数测量
液体表面张力系数
液体表面张力系数是表征液体性质的一个重 要参数。表面张力促使液体缩小其表面面积， 由于球面是同样体积下面积最小的体，因此在 没有外力的情况下（比如在失重状态下），液 体在平衡状态下总是呈球状。
表面张力 f 的方向沿液体表面，且恒与分界
线垂直，大小与分界线的长度成正比：
水温 t°C
10
15
20
25
30
测量液体表面张力系数α
测量吊环拉断液柱前一瞬间环受到拉力F1对应的电压值U1 测量水柱拉断脱离液面吊环受力为F2对应的电压值U2
f
(D1 D2 )
(U1 U 2 )
B (D1 D2 )
(N / m)
液体表面张力系数α测量
测量次数
1
U1(mv)
U2(mv)
内径:3.310cm ；外径:3.496cm
测量液体表面张力系数α
首先顺时针将升降台调到底， 然后调整调节架高度使吊环离开液面0.5cm左右。
调节升降台拉起水柱时动作必须轻缓，应注意液膜必 须充分地被拉伸开，不能使其过早地破裂，实验过程 中不要使平台摇动而导致测量失败或测量不准。
附：水的表面张力系数α的标准值
系数α N/m2 75 0.071 97 0.071 18
2
3
4
5
思考题
1.本实验操作中，误差来源可能在哪些方面，应 如何避免。 2. 简述液体表面张力系数α的影响因素。
谢谢
物理教学实验中心
电压（mv) —
平均电压（mv)
14.2 29.8 44.7 59.5
g=9.8m/s2
2.5
3 3.5
74.6 89.2 104.1
实验二-表面张力系数的测定---南京农业大学物理实验教学中心
实验二表面张力系数的测定一、实验目的（一）用毛细管法测定水的表面张力系数；（二）掌握读数显微镜的使用方法。
二、实验器材读数显微镜（1台）玻璃毛细管（1支）精密温度计（1支）洗耳球（1只）培养皿（1只）吸水纸（1张）毫米分度尺（1支）木支架（1只）三、实验原理与仪器使用（一）毛细现象与表面张力系数将很细的玻璃管插入水中时管内液面会升高；而将玻璃细管插入水银中时，管内的液面会下降。
这种润湿管壁的液体在细管内升高，不润湿管壁的液体在细管内下降的现象称为毛细现象。
如图2—1所示表示润湿情况下的毛细现象。
实验与理论都证明，液体在毛细管中上升或下降的高度为：式中为液体的表面张力系数，即垂直作用于液面上单位长度直线段两侧的表面张力。
单位为牛顿/米。
不同的液体不同，同一种液体的数值与温度有关，温度升高，减小。
称为接触角，为锐角，表示细管内液体表面形成凹弯月面，液体在管内上升，h为正值，如图2—1所示。
为钝角，表示细管内液体表面形成凸弯月面，液体在管内下降，h为负值。
水与玻璃间的约为8度。
为液体的密度，水在不同温度下值不同，可从讲义后面的附图曲线中查出。
g为重力加速度，南京地区的g=9.7944米/秒2。
r为毛细管内半径，D为其直径。
式2—1可变换为：通过测量h、D，可计算出值。
（二）读数显微镜的构造与使用方法读数显微镜可用于测量微小物体的长度，其精确度为0.01毫米。
读数显微镜包括两个主要部分，即观察部分和读数部分。
观察部分就是一架低倍显微镜。
其成像光路如图2—2所示，被观察物体AB位于物镜O的焦点之外适当距离处，物体产生的实象A1B1位于目镜E的焦点之内。
目镜再将此实象放大，在离人眼约25厘米处得到一个放大的虚象A2B2，在第一次实象A1B1的位置上，装有十字叉丝K，以便对准物体或物体的某一部分进行测量。
显微镜的物镜和目镜装在镜筒内。
在使用显微镜时，测量前应先调节目镜中上下两透镜的距离（微微转动上透镜），至所见叉丝清晰为止，然后再对待测物调焦。
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大学物理实验报告
题目：液体表面张力系数的测定
专业班次： 姓名： 日期：2014-10-14 一、实验名称
液体表面张力系数的测定
二、实验任务
(1)用砝码对硅压阻力敏传感器进行定标，计算该传感器的灵敏度，学习传感器的定标 方法。
(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。
(3)测量室温下水的表面张力系数。
三、实验仪器
液体表面张力系数测定仪、垂直调节台、硅压阻力敏传感器、铝合金吊环、吊盘、砝码、玻璃皿、镊子和游标卡尺。
四、实验原理
1．硅压阻力敏传感器的灵敏度
当传感器的力臂发生形变时，硅力敏传感芯片就会把这一形变转变成电压值，有数字电压表显示出来。
在弹性范围内，力臂的形变与挂钩所受的力成正比，而硅力敏传感芯片的输出电压与力臂的形变成正比；也就是说传感器的输出电压与挂钩上所受的力成正比，其比值称为传感器的灵敏度，即
F ∆•=∆B U
2．实验的基本构思与原理
在实验中，将一个金属圆环固定在传感器上，该环浸没于液体中，当把圆环渐渐从液体中拉起时，金属圆环会受到液体表面膜的拉力作用。
表面膜拉力的大小为
()()απππαα212122D D r r l f +=+=∆=
式中D1、D ２分别为圆环外径和内径，α为液体表面张力系数。
在液面拉脱的瞬间，这个表面膜的拉力消失。
因此，金属圆环拉脱瞬间前后传感器受到的拉力差为
()απ21D D f += （1）
并以数字式电压表输出显示为
()B U U f /21-= （2）
式中U1为吊环即将拉断液体柱前一瞬间数字电压表读数值，U2为拉断时瞬间数字电压表读数，B 为力敏传感器的灵敏度。
由（1）（2），我们可以得到液体的表面张力系数为
()()[]2121/U D D B U +-=πα （3）
因此，只要测量出（U1-U2），B，D1和D2，就能得到液体的表面张力系数α。
五、实验操作步骤
1.力敏传感器的定标
每个力敏传感器的灵敏度都有所不同，在实验前，应先将其定标，步骤如下：
(1)打开仪器的电源开关，将仪器预热。
(2)在传感器梁端头小钩中，挂上砝码盘，调节电子组合仪上的补偿电压旋钮，使数字电压表显示为零。
(3)在砝码盘上分别加0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g等质量的砝码，记录相应这些砝码力F作用下，数字电压表的读数值U。
2.环的测量与清洁
(1)用游标卡尺单次测量金属圆环的外径D1和内径D2。
(2)环的表面状况与测量结果有很大的关系。
实验前应将金属环状吊片在NaOH溶液中浸泡20-30秒，然后用净水洗净。
3.测量液体的表面张力系数
①将金属环状吊片挂在传感器的小钩上，调节升降台，将液体升至靠近环片的下沿，观察环状吊片下沿与待测液面是否平行。
如果不平行，将金属环状吊片取下后，调节吊片上的细丝，使吊片与待测液面平行。
②调节容器下的升降台，使其渐渐上升，将环片的下沿部分全部浸没于待测液面，然后反向调节升降台，使液面逐渐下降。
这时，金属环片和液面间形成一环形液膜，继续下降液面，测出环形液膜即将拉断前一瞬间数字电压表读数值U1和液膜拉断后一瞬间数字电压表读数值U2。
重复测量6次。
将实验数字代入公式(3)，求出液体表面张力系数，并与标准值进行比较。
六、实验数据表格及处理
力敏传感器定标
水的表面张力系数测量
力敏传感器定标
物体质量m/g 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 物体重力G/10-3N 4.9 9.8 14.7 19.6 24.5 29.4 34.3 输出电压U/mV
12.6
27.9
41.3
53.8
66.4
80.2
93.8
由图表可以得到传感器的灵敏度为B=2.7208V/N
m /N 1002.696
6
543213-⨯=+++++=
ααααααα，通过查询资料知道纯净水在
27℃和25℃时的张力系数分别为71.83
-10⨯N/m 和72.03
-10⨯N/m 。
七、实验结论
本实验在常温下进行，采用了拉脱法测量水的表面张力系数，由于实验使用的是自来水，参杂了一些表面活性物质，使得水的表面张力系数变小，与资料数据有一定出入，故排除实验操作的绝对误差，在相对误差允许的范围内，本实验测定了水的表面张力系数α=m /N 1002.693-⨯。
八、实验误差分析
① 定标时，由于砝码盘的晃动使得传感器受到大于砝码盘（含砝码）重力的力，导致定标时测得的灵敏度变大，最终使液体表面张力系数测量结果变小。
② 如果吊环不水平，则会导致吊环在上升的时候，水膜不是同时破裂，实际作用在吊环的作用力只有吊环周长的一部分，这会导致最后测得的结果偏小。
③ 在观察水膜破裂前后电压变化的时候，如果吊环上升过快，传感器尚未显示出最大电压值时水膜已破裂，这样也会造成最终测量结果偏小。
④ 实验使用的不是纯净水而是自来水，故实验本身已不具备高精确性。
九、实验思考题
1．测量前为什么要对整机进行预热？
答：仪器元件通电工作时会随着时间的延长而产生温度变化，在实验过程中，温度的变化所产生的技术参数变化的误差越小越好，而电子元件在通电工作一段时间后，它的各项参数就基本可以稳定了，这时进行电子测量是最精确的。
所以，精密的电子测量仪器都需要通电预热时间的。
2．要得到准确的测量结果，实验中的哪几个步骤最为关键？你为做好这几步骤的测量采取了什么措施？措施是否奏效？你认为是为什么？
答：a.力敏传感器定标之前应先调零，待电压表输出稳定后再读数。
b.砝码应轻拿轻放，避免砝码盘晃动，这样传感器受到的力才会等于砝
码重力。
c.实验仪器应先预热，这样会减小仪器元件温度变化带来的误差。
d.吊环必须保持水平，缓慢旋转升降台，避免水晃动。
这样会使得整个
水膜一次性脱离吊环，得到水膜的最大张力。
我在实验中通过反复调整吊环水平姿势并观察其脱离水膜的过程，直到水膜和吊环一次性脱离。
e.传感器电压示数从最大值开始减小时，应减慢升降台的下降速度，仔
细观察水膜脱离那一瞬间的电压差，并记录下来。
3．如果金属圆环不清洁、水不够纯净，将会测量带来什么影响？所测α值偏大还是偏小，为什么？
答：水不够纯净或参杂了杂质，都会使得测量结果偏大或偏小。
若参杂了表面活性物质或者表面张力系数更小的液体，则会使得水膜的张力变小，测的结果自然也变小；反之参杂了表面非活性物质或者张力系数较大的液体，就会使得测量结果偏大。
4．你认为该试验在那些地方还可以改进，怎样改进？
答：首先实验可以采用纯净水来做，这样会使得实验更具精确性；然后实验仪器也要尽量洁净，以免使得纯净水参杂；吊环还可以使用绳子来拉起，这样更容易保证吊环水平，实验更精确。