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
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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 ??
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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
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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_all SUMFi =58.763
SUMΔv =0.8978mv2 Sv =0.358133547 0.003362 Sk? Sv ?F 2
?6.176473639 i
Uk=Sk*t7=6.176473639*2.36=14.57647779
修
Uk=1*10mV/N k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
第 4
页 约
后
的
2.36 mV
Uv1b =0.1mV avgV1_all =96.0875mV Sv1 t7 Uv1a Uv1 SUMΔV1i =5.80875
=Sv1*t7= 0.76008mV 0.76663mV 0.8mV 96.1±0.8
修约后的Uv1 V1的最终结果为 断膜后电压V2 mV
Uv2b =0.1mV avgV2_all =45.825mV Sv2 t7 Uv2a Uv2 修约后的Uv2 V2的最终结果为 0.07007 2.36
=Sv1*t7= 0.16538mV 0.19326mV 0.2mV 45.8±0.2 SUMΔV1i =0.275
三、圆环内外径数据的处理 D1avg=34.81mm，第 5
页 D2avg=33.21mm
UD1=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；
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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+????2 2
，??=???? 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????；????：
2 7(??????????????) ????= 6 ????= ??=0(???????) ????=???? ??=0 +8=0.0472 )(????? ?? ?? 1
????=???????6=2.3047*2.45=5.6465????=???????6=0.0472*2.45=0.1156 修约后的????=6mV/N；????=0.1mV. 故k=(3617±6)mV/N；
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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??： ????= ???????7 2 7(???????) ??7=2.36 ???????=0.1mV
????= ???????2+???????2 =0.43mV修约后的????=0.4mV 故V=(92.9±0.4)mV.
′
断膜后电压????： ????′= ????′???7 ′′2 7??=0(???????) =0.07 ??7=2.36 ????′???=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?????????=?????????=0.
游标卡尺精确度为0.05mm，故?????????=?????????=0.05mm.
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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?? =????(?? ′ ????? 1+??2)
2????2+??????2???4?4????=?? +(+×10N/m,修约为??=6×10N/m. ??′??) + )( ????
?? ??
????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
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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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