用力敏传感器测定液体表面张力系数
液体表面张力
液体表面张力测量实验内容及操作步骤1.力敏传感器的定标（1）打开仪器电源开关，将仪器预热15分钟以上。
（2）挂上砝码盘，数字电压调零。
（3）定标力敏传感器表1 力敏传感器定标（4）用最小二乘法作直线拟合,记录拟合直线的截距a 、斜率b 、相关系数r,求出传感器灵敏度K 。
2. 测量室温下水的表面张力系数 （1）清洗金属吊环及玻璃器皿 （2）测量液体温度，并记录。
（3）调节吊环与液面平行。
（4）测量液膜即将拉断前一瞬间的电压值1U 和拉断后一瞬间的电压值2U ，计算待测液体的表面张力f 及表面张力系数α，重复测量6次，计算α平均值。
表2水的表面张力系数测量 (室温)仪器使用注意事项1．金属吊环和盛待测液体的器皿须严格处理干净。
可用NaOH 溶液洗净油污或杂质后，用清洁水冲洗干净，并用热吹风烘干。
2．吊环水平须调节好，吊环倾斜会带来较大的误差。
3．仪器开机需预热15分钟。
4．在旋转升降台时，尽量使液体的波动要小。
5．工作室不宜风力较大，以免吊环摆动致使零点波动，影响测量。
7．力敏传感器使用时用力不宜大于0.098N 。
过大的拉力传感器容易损坏。
8．实验结束须将吊环和玻璃器皿用清洁纸擦干，用清洁纸包好，放入干燥缸内。
思考题：1.实验中要求测量液膜即将拉断前一瞬间的电压值1U 和拉断后一瞬间的电压值2U 以得到表面张力，为什么？2.实验过程中金属吊环不是水平拉出水面，而是出现倾斜现象，对实验结果有无影响？应如何避免？3.如果金属吊环沾有油污，对测量结果会产生什么样的影响？4.分析本实验的系统误差和随机误差，提出减少误差的改进方法。
液体表面张力实验报告
液体表面张力实验报告
【实验内容、数据表格】
1．硅压阻力敏传感器定标
力敏传感器上分别加各种质量砝码，测出相应的电压输出值，实验结果见表1。
经作图法拟合得传感器的灵敏度 mV/N。
天津地区重力加速度g=9.801m/S2。
2．纯净水表面张力系数的测量
用游标卡尺测量金属圆环：外径D1= cm,内径D2= cm，调节上升架，记录环在即将拉断水柱时数字电压表读数U1，拉断时数字电压表的读数U2，结果见表2，测量6次。
在此温度下水的表面张力系数为 N/m。
经查表，在T= ℃时水的表面张力系数为 N/m，百分误差为 %。
【数据处理】
1．硅压阻力敏传感器定标
根据数据表格1，在坐标纸上做关于砝码质量与输出电压之间的关系，并拟合出传感器的灵敏度曲线，求出灵敏度。
此处粘贴坐标纸
计算公式：。
液体表面张力系数测定实验报告-液体表面系数实验报告
液体表面力系数的测量【实验目的】1、 掌握用砝码对硅压阻式力敏传感器定标的方法，并计算该传感器的灵敏度2、 了解拉脱法测液体表面力系数测定仪的结构、测量原理和使用方法，并用它测量纯水表面力系数。
3、 观察拉脱法测量液体表面力系数的物理过程和物理现象，并用物理学概念和定律进行分析研究，加深对物理规律的认识 4、 掌握读数显微镜的结构、原理及使用方法，学会用毛细管测定液体的表面力系数。
5、 利用现有的仪器，综合应用物理知识，自行设计新的实验容。
【实验原理】一、拉脱法测量液体的表面力系数把金属片弯成如图 1（a ）所示的圆环状，并将该圆环吊挂在灵敏的测力计上，如图 1（b ）所示，然后把它浸到待测液体中。
当缓缓提起测力计（或降低盛液体的器皿）时，金属圆环就会拉出一层与液体相连的液膜，由于表面力的作用，测力计的读数逐渐达到一个最大值 F （当超过此值时，液膜即破裂），则 F 应是金属圆环重力 mg 与液膜拉引金属圆环的表面力之和。
由于液膜有两个表面，若每个表面的力为fL （L 为圆形液膜的周长），则有 2F mg L （2）所以2FmgL（3）圆形液膜的周长L 与金属圆环的平均周长,L 相当，若圆环的、外直径分别为1,2D D 。
则圆形液膜的周长L ≈L ’=（D 1+D 2）/2 （4）将（4）式代入（3）式得12F mgD D （5）硅压阻式力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片由四个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥。
当外界压力作用于金属梁时，在压力作用下，电桥失去平衡，此时将有电压信号输出，输出电压大小与所加外力成正比。
即U K F （6）式中，ΔF 为外力的大小；K 为硅压阻式力敏传感器的灵敏度，单位为 V/N ；ΔU 为传感器输出电压的大小。
二、毛细管升高法测液体的表面力系数1一只两端开口的均匀细管（称为毛细管）插入液体，当液体与该管润湿且接触角小于90°时，液体会在管上升一定高度。
液体表面张力系数的测量实验
实验六 液体表面张力系数的测定【目的】1．用片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．学会用拉脱法测量纯水和其它液体的表面张力系数。
【器材】FD-NST-B 型液体表面张力系数测定仪，铝合金吊环，玻璃器皿，镊子，片码。
【仪器简介】FD-NST-B 型液体表面张力系数测量实验仪主要由实验装置和实验主机以及吊环、片码等配件组成，如图1所示。
图1 液体表面张力系数测定仪装置【原理】液体表面存在着使液面收缩到最小趋势的表面张力，若在液体表面划一长为L 的线段，则线段两边的液面均有一个与液面相切且垂直于线段的表面张力f ，其大小与线段长度L 成正比，即L f α= （1）式中α称为液体的表面张力系数，单位为N ⋅M -1，在数值上等于单位长度上的表面张力。
实验证明，表面张力系数的大小与液体的温度、纯度、种类和它上方的气体成分有关。
温度越高，液体中所含杂质越多，则表面张力系数越小。
将内径为D 1，外径为D 2的金属吊环悬挂在传感器上，将该环浸没于液体中，并渐渐拉起吊环，吊环就会拉起一个与液体相连的水柱。
由于表面张力等力的作用，传感器上的拉力逐渐达到最大值然后开始下降，假设拉脱前瞬间拉力为F 。
则F 应当是金属环重力G 与水柱拉引金属环的表面张力f 之和，即f G F += （2）由于水柱有两个液面，且两液面的直径与金属环的内外径相同，则有)(21D D f +=απ （3）图2 液膜拉破前瞬间的受力分析图所以液体的表面张力系数为：)](/[21D D f +=πα （4）表面张力的数值一般很小，测量微小力必须用特殊的仪器。
本实验用FD-NST-B 型液体表面张力系数测定仪进行测量。
FD-NST-B 型液体表面张力系数测定仪用到的测力计是硅压阻力敏传感器，该传感器灵敏度高，线性和稳定性好，以数字式电压表输出显示。
若力敏传感器拉力为F 时，数字式电压表的示数为U ，则有BUF =（5） 式中B 表示力敏传感器的灵敏度，单位V/N 。
用力敏传感器测液体表面张力系数的误差分析
n
∑M
i= 1
i
2
-
∑M
i= 1
2
i
式中
n
≈ 0. 000 9N m Ζ 测量结果为 E Α
ΡU =
∑ (U
i= 1
i
- B M i) 2 2 ( 9)
= λ ±Ρλ = ( 7. 22±0. 09) ×10 - 2N m Α Α Α λ Α与相同温度纯净水表面张力系数公认值
因此求得 λ Α的绝对标准差为 = Eλ Α Ρλ Α
10- 2N Ζ
拉脱至吊环底面低端高于液面时, 浮力 f ′ 为零, l ′ ≈ Π(D 1 + D 2 ) co sΗ , 表面张力增大Ζ 偏 差 1° , 误差 0. 5% ; 偏差 2° , 误差 1. 6% Λ因此, 实 验中应注意调整吊环水平以减小该项系统误 差Ζ 前面提出的系统误差因素应使测量结果偏 大, 但也有少数学生的测量结果比公认值偏小, 仔细分析原因, 是由于被测液体粘度较小, 液膜 极易破裂的缘故Ζ 实验中 F 值增加, 尚未达到 临脱状态, 液膜破裂, 导致测得 Α值减小Ζ 造成 液膜提前破裂的主要因素有: 降低平台引起的 液面振动; 吊环净化处理不好, 液体浸润不充 分; 外界环境变化, 空气流动; 操作过程过于缓 慢, 液膜受重力作用及蒸发而变薄破裂Ζ 此外, 硅压阻力敏传感器通电时间过长, 导致 F 值越 测越小Ζ为避免由此产生的系统误差, 需严格要 求学生净化处理吊环, 实验前先让学生适当练 习操作, 动作平稳连续, 减少振动, 实测时操作 不宜过慢Ζ
( 4)
( 2)
对学生采用该方法测液体表面张力系数的 实验数据分析发现, Α 的测量值大都比公认值 偏大, 有的甚至高 20% , 因此, 需要对该实验方 法的误差进行分析Ζ
用硅压阻式力敏传感器测量液体的表面张力系数
2.50x10-3 69.6x10-3
3.000x10-3 84.2x10-3
上海市的重力加速度g = 9.794 m/S2 经最小二乘法拟合得 K = 2.85 V/N , 拟合的线性相关系数 r = 0.99996
2.水的表面张力系数的测量 金属环外径D1 = 3.474x10-2 m ，内径 D2 = 3.294x10-2 m 水的温度： T = 287.6 K
实验装置：
实验方法： 1.力敏传感器的定标 2.环的测量与清洁 3.测量液体的表面张力系数
实验数据和结果： 1. 传感器灵敏度的测量
质量（kg） 0.500x10-3 1.000x10-3 1.500x10-3 电压（v） 13.9x10-3 28.3x10-3 42.2x10-3
质量（kg） 2.000x10-3 电压（v） 55.6x10-3
编号 1 2 3 4
U1 / v 68.6x10-3 69.7x10-3 72.1x10-3 73.9x10-3
U2 / v 22.4x10-3 23.9x10-3 26.3x10-3 27.9x10-3
△6.0x10-3
f/ N 0.01620 0.01606 0.01606 0.01613
/ N/m 0.0762 0.0755 0.0755 0.0759
= 7.58 10 -2 N/m 经查表，在14.4 oC时，水的表面张力系数约为7.36 10 -2 N/m,测量的相对误差小于3％
特点： 1. 测量方法直观，概念清楚 2. 硅压阻式力敏传感器灵敏度高，稳定性好 3. 可数字信号显示，利于计算机实时测量 4. 实验结果正确
U = K.f
上式中，f为外力的大小，K为硅压阻式力敏传感器的 灵敏度，△U为传感器输出电压的大小。
基于力敏传感器测量的液体表面张力系数
表 １ 力敏 传 感 器 定 标
Ｔａ ． Ｃａｉ ｒｔ ｎ ｏ ｉ ｅ ｉ ａ ｃ —ｔａｎ￣ｎ ｏ ｂ１ ｌ ａ ｉ ｆ — ｓｓ ｎ ｅ ｓｒ ｉ ｂ ｏ ｓｒ ｔ ｓｒ
Ｄ１＝３４ ２ｃ Ｄ２＝３．０ ｍ， ．９ ｍ， ３ ４ｃ ｇ＝９ ７ １ ／２ ＝３ １１６ ＝３ ０ ０Ｖ／ ．９ ｍ ｓ， ２ ．４ ， ．２ Ｎ。
体
… 一 一
ａ
ｂ
Ｃ
图 １ 金 属 环 拉 出液 面 后 切 面 图
Ｆｉ １ Ｃｕ ｔ ｇ ｆｃ ｒ ｐ ｆｍｅａ ｉ ｇ Ｏ ｔｏ ｑ ｉ ｕ ｆ ｃ ｇ． ｔｉ ｅｇ ａ ｈ ｏ ｔ ｌ ｎ Ｕ ｆｌ ｕ ｄ ｓ ｒａ ｅ ｎ ａ ｒ ｉ
取 时 间 、 脱过 程 ， 拉 分析 了 实验 结 果 的误 差 ， 出 了对 实验 现 象的 合理 解释 。 给
关键词 ： 力敏传感器； 测量原理； 实验过程
中图分类 号 ： ５２４ １ 文献标 识码 ： 文 章编号 ：６４１４ （０８０— ６— ０５． ２ Ａ １７— ８２０ ）５ ４６ ４ ０ ０ ０ 液体 表面 区的分子 由于受力不平 衡产生 的 向内收缩 的单位 长度 的力称为表 面张力 …。表 面张力 分
第 ３ 卷 第 ５期 １ ２０ ０ ８年 ｌ ０月
辽 宁 科 技 大 学 学 报
Ｊ ｕｎ ｌ ｆＵｎｖ ｒｉ ｆＳ ｉ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｉｏ ｉｇ ｏ ｒ ａ ｏ ｉｅｓｔ ｏ ｃｅ ｅａ ｄ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ Ｌ ａ ｎｎ ｙ ｎ
Ｖｏ ． １ Ｎｏ ５ １３ ．
Ｆ ＝ ｍｇ ｆ＇ ０ ｃ＇ ｃ ｋ ｑ
式中： Ｆ为向上的拉力， 为金属环的重力 ， ｍｇ 厂为液体的表面张力 ， 为 厂 ０ 与竖直方向的夹角。 液膜拉断 瞬间， ０＝ ０ ， ＝ ｍｇ＋厂 液膜拉 断后有 Ｆ 。Ｆ ； ＝ ｍｇ 则 ，
大学物理实验液体表面张力系数测量A4版
湖北文理学院物理实验教学示范中心实 验 报 告学院 专业 班 学号： 姓名： 实验名称： 液体表面张力系数测定 实验日期： 实验室： N1- 104 [实验目的]:1. 掌握力敏传感器的定标方法，计算该传感器的灵敏度；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. 测量水的表面张力系数[仪器用具]:仪器、用具名称及主要规格（包括量程、分度值、精度等）液体表面张力系数测定仪（受力量程：0—0.098N,0.1Mv ）、游标卡尺（0-150mm ，50分度）、温度计(0-100℃,0.5℃)、砝码盘、砝码、金属环、水。
[实验原理]:根据自己的理解用简练的语言来概括(包括简单原理图、相关公式等)表面张力f 是存在于液体表面上任何一条分界线两侧间的液体的相互作用拉力，其方向沿液体表面，且恒与分界线垂直，大小与分界线的长度成正比，即l f ⋅=α比例系数 称为表面张力系数，单位为 ，在数值上等于单位长度上的表面张力。
将金属环固定在传感器上，将该环浸入液体中，并缓慢拉起金属环，当金属环从液体拉脱瞬间，传感器受到的拉力差值与液体的表面张力相等，为： ()BU U D D f 2121-=+=απ 式中:D1,D2圆环外径和内径。
U1,U2分别为拉断液柱前一瞬间数字电压表的读数值和拉断液柱前后一瞬间数字电压表的读数值，B 为力敏传感器的灵敏度。
液体表面张力系数为：()2121D D B U U l f +⋅-==πα [实验内容]: 简述实验步骤和操作方法1. 连接仪器、开机预热15分钟，清洗玻璃器皿和吊环；2. 对力敏传感器定标将砝码盘挂在力敏传感器的钩子上，待仪器示数稳定后对仪器进行调零，然后将质量为0.5g 的砝码逐个放入砝码盘，至盘中砝码质量增加到3.5g ，记录不同质量砝码对应的电压输出值。
用最小二乘法拟合得到仪器的灵敏度B ，并计算出线性相关系数γ。
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实验原理
用拉脱法测定液体表面的张力系数 若金属片为环状吊片时，
F D1 D2
（1）
F为脱离力D1、D2分别为内外径,a为液体的表面张力系数
F (U1 U2 ) / B
（2）
F为外力的大小，B为力敏传感器的灵敏度，U1、U2为电压值
实验原理
由（1）式和（2）式可得出液体表面张力系数为
实验中需注意：工作室不宜风力较大，以免吊环摆动致使零点
波动，导致所测系数不准确。吊环水平须调节好，若偏差为 1 ，
则测量结果引入误差为0.5%；若偏差为 2 ，则测量结果引入误差 为1.6%。实验结束须将吊环用清洁纸擦干，用清洁纸包好，放入干 燥缸内。
实验步骤
• 3、测量液体的表面张力系数
• （1）在玻璃器皿内放入被测液体并安放在升降台上，然后将金 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。
实验步骤
• 观U察到U1液U体2 产生在的测浮定力液与体张表力面的张情力况系与数现过象程，中，可 • 以顺时针转动升降台大螺帽时液体液面上升，当环下
沿部分均浸入液体中时，改为逆时针转动该螺帽，这 时液面下降，观察环浸入液体中及从液体中拉起时的 物理过程和现象。特别注意吊环即将拉断液柱前一瞬 间数字电压表读数值和拉断瞬间数字电压表读数值。 • （3）将实验数据带入（3）式，求出液体的表面张力 系数。
（U1 U2）/ B (D1 D2 )
（3）
实验步骤
• 1、力敏传感器的定标
• (1)打开仪器的电源开关，将整机预热15分钟以上，才可对力敏 传感器定标
• （2）将砝码盘挂在硅压阻力敏传感器的钩上，在加砝码前应 首先对仪器调零，调节液体表面张力系数测定仪调零旋钮，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、3.5g等质量的砝码，并记录这些砝码力F的作用下相应的 数字电压表读数值U。
思考题
（1）随着液体温度的变化，液体的表面张力系数会如何 变化？
答：表面张力系数随温度的升高而减小，近似地为线性 关系
（2）液体中混入其他杂质后，液体表面张力系数会如何 变化？
答：加入杂质可促使液体表面张力系数增大或减小。一 般说来醇、酸、醛、酮等有机物质大都是表面活性物质 ，比水的表面张力系数小得多。例如，在钢液结晶时， 加入少量的硼，就是为了促使液态金属加快结晶的速度 。
补充
一开始环片受到向下的重力、向上的拉力和浮力， 随着液面的逐渐下降，会出现环形液膜，使环的的重 力增大，浮力减小，所以拉力增大，当液膜离开水面 的时候，浮力消失，此时拉力最大。
当液面继续下降的时候，环上的水逐渐减少，重 力减小，所以拉力变小，当液膜拉断的一瞬间，水膜 破裂，重力为环的重力，拉力也为环的重力，达到最 小值。
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、0.5g片码（7只）、吊 盘、玻璃皿（2个）、镊子钳、游 标卡尺、支架
1、调节螺丝 2、升降螺丝 3、 玻璃器皿 4、吊环 5、力敏传 感器 6、支架
7、固定螺丝 8、航空插头 9、底座 10、数字电压表 11、调零旋钮
注意事项
1．吊环须严格处理干净。可用NaOH溶液洗净油污或杂质后，用清洁 水冲洗干净，并用热吹风烘干。 2．吊环水平须调节好，注意偏差1°，测量结果引入误差为0.5%； 偏差2°，则测量结果引入误差1.6%。 3．仪器开机需预热15分钟。 4．在旋转升降台时，尽量使液体的波动要小。 5．工作室不宜风力较大，以免吊环摆动致使零点波动，所测系数不 正确。 6．若液体为纯净水。在使用过程中防止灰尘和油污及其它杂质污染。 特别注意手指不要接触被测液体。 7．力敏传感器使用时用力不宜大于0.098N。过大的拉力导致传感器 损坏。 8．实验结束须将吊环用清洁纸擦干，用清洁纸包好，放入干燥缸内
• （4）由（2）式，利用最小二乘法作直线拟合，求出传感器灵 敏度B。
实验步骤
2、环的测量与清洁
（1）用游标卡尺测量金属圆环的外径 D1 和内径 D2 。
（2）环的表面状况对测量结果有很大的影响。实验前应清洗玻璃器 皿，清洗方法是将金属环状吊片在NaOH溶液பைடு நூலகம்浸泡20--30秒，然后 用净水洗净，并用热吹风烘干。
测定液体表面张力系数
实验目的
1．学习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,掌握传感器的定标方法；
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．测量纯水和其它液体的表面张力系数；
4．测量液体的浓度与表面张力系数的关系（如酒精 不同浓度时的表面张力系数）。
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• （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体。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
出环形液膜即将开始拉断一瞬间数字电压表读数值
和液面拉断一瞬间数字电压表读数值 是瞬间数字，只出现一次。
U 2(最小值)，
U
（最大值） 1 U1、U 2