液体表面张力系数的测量影响实验准确度的主要原因有哪些

2025-03-25 21:51:28

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回答1：

拉脱法测量液体表面张力系数的实验研究与优化

（大连大学

机械工程学院

机日
083
）

[
摘要
]
本文主要利用拉脱法（力敏传感器）测量液体表面张力系数，通过实验对其结果进
行分析总结，对拉脱法进行优化改进，初步得出提高测量准确度的方法。

[
关键词
]
液体表面张力系数；拉脱法；力敏传感器

1
、引言

液体分子之间的内聚力似的液体表面上存在这一种应力，即液体表面张力。它存在于
极薄的液体表面层内，
是沿着表面趋于收缩的应力，
而液体表面张力系数是表征液体这一性
质的常数。单位长度液膜上的表面张力的大小为液体的表面张力系数。

拉脱法由于操作简单，是测量液体表面张力系数的常用方法，但在准确度、灵敏度、
稳定性等方面还存在不足，本文旨在对大学物理实验中拉脱法的实验的操作和结果的分析，
与其他方法进行简单比较，提高液体表面张力系数测量的准确性。

2
、大学物理实验中拉脱法测量液体表面张力系数的实验

2.1
实验目的

了解液体表面性质；
学习采用液体表面张力系数测定仪的使用方法；
学习用拉脱法测表
面张力系数的原理和方法。

2.2
实验原理

测量一个已知周长的金属圆环或金属片从待测液体表面脱离时所需的拉力，从而求得
该液体表面张力系数的方法称为拉脱法。
所需的拉力是由液体表面张力、
环的内外径及液体
材质、纯度等因素决定。

使用片状吊环，在液膜拉破前瞬间，考虑一级近似，认为液体的表面张力为：

f
=
f
1

+
f
2
=
α
л
(
D
1
+

D
2
)
这里
α
为表面张力系数，
D
1
、
D
2
分别为吊环的外径和内径。

片状吊环在液膜拉破前瞬间有：

此时传感器受到的拉力
F
1
和输出电压
U
1
成正比，有：

U
1
=
BF
1

片状吊环在液膜拉破后瞬间有：

F
2
=
mg

同样有

U
2
=
BF
2

片状吊环在液膜拉破前后电压的变化值可表示为：

U
1
－

U
2
=
△
U
=
B
· △
F
= B
（
F
1
－

F
2
）
=
B
α
л
(
D
1
+

D
2
)
由上式可以得到液体的表面张力系数为：
1
2
1
2
(
)
U
U
B
D
D






这里
U
1
：液膜拉断前瞬间电压表的读数，
U
2
：膜拉断后瞬间电压表的读数

2.3
实验内容

（
1
）游标卡尺测量金属圆环的内、外直径。

（
2
）力敏传感器进行定标，用最小二乘法作直线拟合，求出传感器灵敏度
B
。

（
3
）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，
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。
（注意

：吊环中心、玻璃皿中心最好与转轴重合。
）

（
4
）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，
出现“浸润”现象，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
。
（注意

：液膜断裂应发生在转动的
过程中，而不是开始转动或转动结束时，因为此时振动较厉害，应多次重复测量。
）

图
1
油膜收缩

2.4
实验仪器

液体表面张力测定装置、
PC
（装有测量软件）砝码盘和砝码、圆环型吊片、卡尺

图
2
液体表面张力测定装置图

2.5
实验步骤

（
1
）打开
PC
和表面张力系数测定仪，把仪器读数调整为正数。

（
2
）运行软件，进行灵敏度测量。

（
3
）在力敏传感器挂钩上挂上托盘，操作软件进行录入。

（
4
）依次添加砝码，并分别录入数据。

（
5
）利用软件算出灵敏度，绘出线性图形（如图
3
）并进行存盘。

（
6
）在培养皿中倒入水，放在托台上。

（
7
）将金属圆环挂在力敏传感器的挂钩上，并调节其水平。

（
8
）将圆环降到待测液体表面以下。

（
9
）打开软件开始测量，手动升高圆环，直至与液面脱离。

（
10
）停止软件录入，对已录数据及图形进行保存。

2.6
实验结果

图
3
力敏传感器灵敏度线性图

力敏传感器定标

物理质量
m/g
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
输出电压
V/mv
620.3

663

704.1

750

780

833.6

874.7

灵敏度为
8569.8

图
4
水的表面张力系数测定图

计算得出，水的表面张力系数
K=7.81*10^-5

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