用焦利氏称测量液体表面张力系数

实验目的：学习并掌握用焦利氏秤法测量液体的表面张力的方法，加深对液体表

面张力的理解。

实验原理：

液体表层内分子力的宏观表现，使液面具有收缩的趋势。想象在液面上划一条线，表面张力就表现为直线两侧的液体以一定的拉力相互作用。这种张力垂直于该直线且与线的长度成正比，比例系数称为表面张力系数。

把金属丝AB弯成如图 (a)所示的形状，将其悬挂在灵敏的测力计上，浸到液体中，缓缓提起测力计时，金属丝就会拉出一层与液体相连的液膜，由于表面张力的作用，测力计的读数逐渐达到一最大值F（超过此值，膜即破裂）。。由于液膜有两个表面，若每个表面的力为F，则由 Fmg2F' 得 F'Fmg （1） 2表面张力F’的大小与分界线的长度成正比。即

F'l （2）

σ称为表面张力系数，单位是N/m。表面张力系数与液体的性质，杂质和温度有关。测定表面张力系数的关键是测量表面张力F，应用焦利氏秤液膜即将破裂可以方便地测量表面张力F。

实验器材：焦利氏秤，自来水，肥皂水，金属丝，金属圈，钢板尺。 实验内容:

1、确定焦利氏秤上锥形弹簧的劲度系数k； 2、测量自来水的表面张力系数； 3、测量肥皂水的表面张力系数。 数据记录处理:

1、确定焦利氏秤上锥形弹簧的劲度系数k m/g x/cm

（1）作图法：

m/g5432100123456x/cm

（2）由作图法,计算斜率得k1=0.957g/cm=m 逐差法：(m2.5g) xi+5-xi

x6-x1

x7-x2

x8-x3

x9-x4

x10-x5

x

x/cm

由逐差法计算得出k2=0.947g/m=m。

两种方法得到的k的平均值，就是最终的k值:

k=m

2、测量自来水的表面张力系数 （1）金属圈直径的测量

次数 1 2 3 直径d/cm

（2）焦利氏秤的读数x/cm

次数

x1x0 x2x0 x3x0x/cm

由k=m, x1=1.40cm, d=3.52cm, 得到11kx2d0.059N/m 3、测量肥皂水的表面张力系数 （1）金属丝长度的测量

次数 1 2 3 长度l/cm

（2）焦利氏秤的读数x/cm

次数

x1x0 x2x0 x3x0x/cm

由k=m, x2=0.20cm, l=3.69cm, 得到x22k2l0.025N/m 不确定度分析： 1、劲度系数k=m，Uk= 2、U2x(tUA)2(仪C)，

当P0.68时，t= , 仪=㎝, C=3 d

UA

x1 UA

l

UA

x2 UA

(1)自来水中x：UA=,则Ux1(tUA)2((2)肥皂水中x：UA=,则Ux2(tUA)2(单位应该补上； 3、U(tUA)2(仪C仪C)2=0.033cm

)2=0.028cm

仪C)2 当P0.68时，t= , 仪=㎝, C=3

(1)金属圈直径d：UA=,则Ud(tUA)2(仪C)2=0.033cm

(2)金属丝长度l：UA=,则Ul(tUA)2(同上；

4、不确定度计算：

仪C)2=0.001cm

Uk2Ux2UD2()()() 误差传递公式： kxD（1）自来水的表面张力系数测定的不确定度： 由k=m ,x1=1.40cm ,d=3.52cm

U11UUk2Ux12Ud2()()()= kx1d（2）肥皂水的表面张力系数测定的不确定度： 由k=m , x2=0.20cm l=3.69cm U22最终结果：

自来水的表面张力系数：1(0.0590.002)N/m P= 肥皂水的表面张力系数：2(0.0250.001)N/m P=

Uk2Ux22Ul2()()()= kx2l思考题：

1、焦利氏秤法测定液体的表面张力有什么优点

答：焦利氏秤则是在测量过程中保持下端固定在某一位置，靠上端的位移大小来

称衡，因而可以迅速测出液膜即将破裂时的F，克服了用普通的弹簧是很难迅速测出液膜即将破裂时的F这一困难，可以方便地测量表面张力F。焦利氏秤还把弹簧做成锥形，克服了因弹簧自重引起弹性系数的变化，实验精度较高。

2、有人利用润湿现象设计了一个毛细管永动机（图5.2.1-3）。A管中液面高于B管，由连通器原理，B管下端滴水，而滴水可以作功，水又回到槽内，成为永动机。试分析其谬误所在。

答：该装置的谬误之处在于忽视了液体的表面张力的作用，A管中液面虽然高于

B管，但由于水有表面张力，液面差所提供的动力不能够使B管水滴顺利地滴下，于是不可能制成这种“永动机”。