2023年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

大连理工大学大物实验水外表张力系数的测定实验报告 篇一：水外表张力系数的测定 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202367025实验台号 实验时间2023年12月03日，第15周，星期三第5-6节 实验名称水外表张力系数的测定 教师评语 实验目的与要求： 〔1〕 理解外表张力现象。 〔2〕 用拉脱法测定室温下水的外表张力系数。 主要仪器设备： FD-NST-I型液体外表张力系数测定仪、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以下图 对液体外表张力的理解和解释： 在液体和气体接触的外表有一个薄膜，叫做外表层，其宏观上就好似是一张绷紧了的橡皮膜，存在沿着外表并使外表趋于收缩的应力，这种力称为外表张力。 计算张力时可以做如下的假设：想象在外表层上有一条长度为L的分界线，那么界限两端的外表张力方向垂直于界限，大小正比于L，即f=αL〔α为液体外表张力系数〕。 实验中，首先吊环是浸润在水中的，能够受到外表张力的拉力作用。 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 Ff拉W 试验中重力是常量，而与外表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，就是外表张力f。 圆环拉起水膜与空气接触有两个外表层，假设吊环的内、外直径分别为D1、D2,那么界限长度 L=πD1+πD2。根据界线思想定义的张力计算式得f=αL，那么有 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 F2W 由上面两式得水的外表张力系数的计算公式为 F1F2 (D1D2) 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〕水的外表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，当吊环下沿局部均浸入水中后，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〕 外表张力-电压的测量 〔3〕 圆环的内外径 结果与分析： 一、张力仪的定标 VaiVbi ，Fmg，得到一下结果 从数据，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=Skxt7=6.176473639x2.36=14.57647779 修约后的Uk=1x10mV/N k的最终结果为(3.4±0.01)x103mV/N 1 得到V-F关系方程为V=3400xF 二、拉力电压数据的处理 断膜瞬间电压V1 0.322067817 2.36 mV Uv1b =0.1mV avgV1_all =96.0875mV Sv1 t7 Uv1a Uv1 SUMΔV1i =5.80875 =Sv1xt7= 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 =Sv1xt7= 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，D2avg=33.21mm UD1=UD2=0.02mm 得到内外径的最终结果为 四、水外表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 F1F2 (D1D2) 2 2 0.069251676 Uv1Uv2Uk2UD1UD2()0.000250345 又U(12)2(12)2 修约后的Uα=0.0002 得到张力系数最终结果为α=(69.2±0.2)x10-3N/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 外表时，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，那么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：水的外表张力系数测定-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=2.3047x2.45=5.6465=6=0.0472x2.45=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. 外表张力—-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. 故=(34.90±0.05)mm ; =(33.20±0.05)mm. IV. 水外表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) 22+244= +(+×10N/m,修约为=6×10N/m. ′) + )( 2+′2 得到水的外表张力系数α=(660±6)×104N/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良建议： 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，此时说明水膜的拉力以到达最大值，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吊环仪器的制作比拟粗糙，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，吊环即处在根本符合标准的水平位置上。 ②吊环硬度缺乏导致长期实验致使圆环变形，原本的圆形变成不规那么图形，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局部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：大物实验液体外表张力系数的测量数据记录 五、数据记录 D13.310cmD23.496cm 六、数据处理