大连理工大学大物实验水表面张力系数的测定实验报告.docx
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大连理工大学大物实验水表面张力系数的测定实验报告
大连理工大学大物实验水表面张力系数的测定实验报告
篇一：
水表面张力系数的测定实验报告
大连理工大学
大学物理实验报告
院（系）材料学院专业材料物理班级0705姓名童凌炜学号201967025实验台号
实验时间2019年12月03日，第15周，星期三第5-6节
实验名称水表面张力系数的测定
教师评语
实验目的与要求：
（1）理解表面张力现象。
（2）用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。
主要仪器设备：
FD-NST-I型液体表面张力系数测定仪、砝码、镊子及其他相关玻璃器皿。
实验原理和内容：
分子间的引力和斥力同时存在，它们以及它们合力的大小随着分子间的距离的变化关系如图所示
对液体表面张力的理解和解释：
在液体和气体接触的表面有一个薄膜，叫做表面层，其宏观上就好像是一张绷紧了的橡皮膜，存在沿着表面并使表面趋于收缩的应力，这种力称为表面张力。
计算张力时可以做如下的假设：
想象在表面层上有一条长度为L的分界线，则界限两端的表面张力方向垂直于界限，大小正比于L，即f=αL（α为液体表面张力系数）。
实验中，首先吊环是浸润在水中的，能够受到表面张力的拉力作用。
测定仪的吊环缓慢离开水面，将拉起一层水膜，并受到向下的拉力f拉。
由于忽略水膜的重力和浮力，
吊环一共受到三个力，即重力W、液面的拉力f拉、传感器的弹力F
F?
f拉?
W
试验中重力是常量，而与表面张力相关的拉力却随着水膜的拉伸而增大。
水膜被拉断前瞬间的f拉，就是表面张力f。
圆环拉起水膜与空气接触有两个表面层，若吊环的内、外直径分别为D1、D2,则界限长度L=πD1+πD2。
根据界线思想定义的张力计算式得f=αL，则有
F?
?
?
（D1+D2）
水膜被拉断前传感器受力F1
F1?
?
?
（D1+D2）+W
在水膜拉断后传感器受力F2
F2?
W
由上面两式得水的表面张力系数的计算公式为
?
?
F1?
F2
?
（D1?
D2）
步骤与操作方法：
（1）力敏传感器的定标
i.开机预热10分钟。
ii.将仪器调零后，改变砝码重量，再记录对应的电压值。
得到U-G关系，完成传感器的
定标。
（2）水的表面张力及吊环内外径的测量i.测量吊环的内径D1和外径D2（各测量4次取平均）。
ii.严格处理干净吊环。
先用NaOH溶液洗净，再用清水冲洗干净。
iii.在升降台上安放好装有清水的干净玻璃皿，并挂上吊环，调节吊环水平（此步重要，
细微的水平位置偏差将导致结果出现误差）。
iv.升高平台，当吊环下沿部分均浸入水中后，下降平台。
观察环浸入液体中及从液体中
拉起时的物理过程和现象，记录吊环即将拉断液面前瞬间的电压表读数V1和拉断后的电压表读数V2（该步骤重复8次）。
数据记录与处理：
以下为测量所得的直接数据
（1）仪器的定标
（2）表面张力-电压的测量
（3）圆环的内外径
结果与分析：
一、张力仪的定标
Vai?
Vbi
，F?
mg，得到一下结果从已知数据，令
Vi?
设两者存在关系V=kF，使用LINEST函数直接对数据进行直线拟合，得到k=3444.01203
接下来使用MLS计算Uk：
avgV_allSUMFi_
=58.763
SUMΔv_=0.8978mv2
Sv=0.3581335470.003362
Sk?
Sv
?
F
2
?
6.176473639
i
Uk=Sk*t7=6.176473639*2.36=14.57647779修约后的Uk=1*10mV/Nk的最终结果为（3.4±0.01）*103mV/N
1
得到V-F关系方程为V=3400*F
二、拉力电压数据的处理断膜瞬间电压V1
0.322019817
2.36
mV
Uv1b=0.1mV
avgV1_all=96.0875mV
Sv1t7Uv1aUv1
SUMΔV1i_=5.80875
=Sv1*t7=0.76008mV0.76663mV
0.8mV96.1±0.8
修约后的Uv1V1的最终结果为
断膜后电压V2
mV
Uv2b=0.1mV
avgV2_all=45.825mV
Sv2t7Uv2aUv2
修约后的Uv2
V2的最终结果为
0.07007
2.36
=Sv1*t7=0.16538mV0.19326mV
0.2mV45.8±0.2
SUMΔV1i_=0.275
三、圆环内外径数据的处理D1avg=34.81mm，D2avg=33.21mmUD1=UD2=0.02mm得到内外径的最终结果为四、水表面拉力系数的计算与处理根据以上数据，代入计算公式得到?
?
2
2
F1?
F2
?
（D1?
D2）
2
2
?
0.069251676
Uv1?
Uv2Uk2UD1?
UD2?
（）?
?
0.000250345又U?
?
（1?
2）2（1?
2）2
修约后的Uα=0.0002
得到张力系数最终结果为α=（69.2±0.2）*10-3N/m
讨论、建议与质疑：
（1）吊环刚刚接触水面时，电压读数会跃变至一个较大值，然后在慢慢变小。
因为在刚刚接触水
表面时，水和吊环产生了浸润的现象，在吊环壁产生了一圈水膜，此时即存在张力，表现为对吊环向下的拉力，所以吊环刚刚接触水面时，传感器所受拉力会突然变大。
（2）引起误差的原因会有一下几点：
1.定标时砝码盘摇晃，会使传感器受到大于砝码盘（含砝码）重力的力的作用，这会导致测得的电压值偏大，致使定标获得的k过大，导致最后求得的结果偏小；
2.如果吊环不水平，则会导致水面在下降过程中，水膜并不是同时破裂，实际作用于吊环
篇二：
水的表面张力系数测定-实验数据处理与分析
实验数据处理与分析
I．张力仪的定标
由已知数据，令?
?
?
?
=?
?
?
?
1+?
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?
?
2
2
，?
?
=?
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?
?
得到以下结果：
得到线性函数V=kF+b的函数解析式为V=3616.69F-0.4006；即得到k=3616.69;b=-0.4006.接下来计算?
?
?
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；?
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：
27（?
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）
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=
6
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=0（?
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=0
+8=0.0472）（?
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1
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=?
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6=2.3047*2.45=5.6465?
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=?
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6=0.0472*2.45=0.1156修约后的?
?
?
?
=6mV/N；?
?
?
?
=0.1mV.故k=（3617±6）mV/N；b=（-0.4±0.1）mV
得出V=（3617±6）F+（-0.4±0.1）.
II.表面张力—-电压数据的处理
断膜瞬间电压V?
?
：
?
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=?
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?
7
27（?
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?
?
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）
?
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7=2.36
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?
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=0.1mV
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=?
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?
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?
2+?
?
?
?
?
?
?
2=0.43mV修约后的?
?
?
?
=0.4mV故V=（92.9±0.4）mV.
′
断膜后电压?
?
?
?
：
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′=?
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?
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′?
?
?
7
′′27?
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=0（?
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）
=0.07?
?
7=2.36
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?
′?
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?
=0.1mV
?
?
?
?
′=?
?
?
?
′?
?
?
2+?
?
?
?
′?
?
?
2=0.12mV修约后的?
?
?
?
′=0.1mV.故?
?
′=（41.7±0.1）mV.
III.圆环内外径数据的处理
?
?
?
?
=34.90mm;?
?
?
?
=33.20mm
本次实验只测量一组数据，故?
?
?
?
?
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=?
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?
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?
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?
?
?
=0.
游标卡尺精确度为0.05mm，故?
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?
?
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=?
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?
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?
?
?
?
=0.05mm.故?
?
?
?
=（34.90±0.05）mm;?
?
?
?
=（33.20±0.05）mm.
IV.水表面张力系数的计算与处理
根据以上数据，代入计算公式得到?
?
=?
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?
?
（?
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′?
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?
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1+?
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2）
2?
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?
?
2+?
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?
2?
?
?
4?
4?
?
?
?
=?
?
+（+×10N/m,修约为?
?
=6×10N/m.?
?
′?
?
）+）（?
?
?
?
?
?
?
?
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?
?
?
2+?
?
′2
得到水的表面张力系数α=（660±6）×10?
4N/m.
讨论、建议与质疑
I．思考题（见实验预习报告）II对本实验的体会与改进建议：
本实验中最终要的测量步骤是测量吊环与水膜断开瞬间的电压值，由于是瞬时值，故对操作的要求很高。
在实验中可以发现，当液面从最高点（此时认为吊环已经浸润）开始下降时，传感器的电压示数呈现如下的变化规律：
一开始电压随液面的下降而上升，此时可以较快地旋转升降螺母使液面下降；电压上升到某一较大值后，将在一段时间内维持不变，此时表明水膜的拉力以达到最大值，应放慢螺母旋转的速度，使水面缓慢下降；之后电压将呈现下降的趋势，这时说明水膜即将破裂，应极其缓慢地旋转螺母，保证液面平稳下降且不产生波纹，同时密切注意电压读数和水膜状态，一面观察水膜，一面逐个记忆读数，当水膜破裂瞬间得到的读数，即为所需的测量值。
做实验中发现:
①吊环仪器的制作比较粗糙，用于悬挂的金属丝长度不整且有较严重的扭曲，这些都不利于吊环的水平位置调节。
因此建议对吊环仪器应当精密制作，使用三根等长的金属丝，拴在吊环中心对称且等高的三个孔上，并且上端在同一长度位置上拧成一股，这样可以保证静止悬挂时，吊环即处在基本符合标准的水平位置上。
②吊环硬度不足导致长期实验致使圆环变形，原本的圆形变成不规则图形，依旧用圆的直径计算其面积误差较大，建议使用硬度更大的材料制作。
③部分设备工作台升降过程中严重晃动，对于水膜的破裂有较大的影响。
篇三：
大物实验《液体表面张力系数的测量》数据记录
五、数据记录
D1?
3.310cmD2?
3.496cm
六、数据处理
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