液体表面张力系数的测定实验报告模板
【实验目的】
1．了解水的表面性质，用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。

2．学会使用焦利氏秤测量微小力的原理和方法。

【实验仪器】
焦利秤，砝码，烧杯，温度计，镊子，水，游标卡尺等。

【实验原理】液体表面层内分子相互作用的结果使得液体表面自然收缩，犹如紧张的弹性薄膜。

由于液面收缩而产生的沿着切线方向的力称为表面张力。

设想在液面上作长为L 的线段，线段两侧液面便有张力作用，其方向与L 垂直，大小与线段L 成正比。

即有：=γL
比例系数γ称为液体表面张力，其单位为N/m.
将一表面洁净的长为L 、宽为d 的圆形金属环（或金属丝）竖直浸入水中，然后慢慢提起一张水膜，当金属环将要脱离液面，即拉起的水膜刚好要破裂时，则有：F=mg+,式中F 为把金属环拉出液面时所用的力；mg 为金属环和带起的水膜的总质量；f 为张力。

此时，与接触面的周围边界π（）,则
有γ=
，式中D1,D2分别为圆环的内外直径。

实验表明，γ与液体种类、纯度、温度和液面上方的气体成分有关，液体温度越高，γ值越小，液体含杂质越多，γ值越小，只要上述条件保持一定，则γ是一个常量，所以测量γ时要记下当时的温度和所用液体的种类及纯度。

【实验步骤】1.安装好仪器，挂好弹簧，调节底板的三个水平调节螺丝，使焦利称立柱竖直。

在主尺顶部挂入吊钩再安装弹簧和配重圆柱体，使小指针被夹在两个配重圆柱之间，配重圆柱体下端通过吊钩钩住砝码托盘。

调整小游标的高度使小游标左侧的基准线大致对准指针，锁紧固定小游标的锁紧螺钉，然后调节微调螺丝使指针与镜子框边的刻线重合，当镜子边框上刻线、指针和指针的像重合时（即称为“三线对齐”),读出游标0线对应刻度的数值。

2.测量弹簧的劲度系数k.依次增加 1.0g 砝码，即将质量为1.0g,2.0g,3.0g,…,9.0g,10.0g 的砝码加在下盘内。

调整小游标的高度，每次都
F f F f F f F f D D 2
1
+)
mg
-F 21D D +∏(
重新使其三线对齐，分别记下游标0线所指示的读数L1，L2，…，L9；再逐次减少1.0g 砝码，调整小游标的高度，每次都重新使之三线对齐，分别记下游标0线所指示的读数，，，…，，取二者平均值，用逐差法求出弹簧的劲
度系数。

即i L =
，Δi L =，k=
3.测（F-mg)值。

将洁净的金属圆环挂在弹簧下端的小钩子上，把装有蒸馏水的烧杯置于焦
利平台上，调整平台高度，使金属圆环恰好停在液面为止，调整小游标的高度，使三线对齐，记下此时游标0线指示读数。

调节平台位置，使金属片浸入水中，转动平台旋钮使平台
缓缓下降，下降的过程中金属圆环底部会拉成水膜，在水膜还没有破裂时需调节三线对齐，然后再使平台下降一点，重复刚才的调节，记下此时游标0线所指示的读数s,算出ΔS=
的值，即为在表面张力作用下，弹簧的伸长量，重复测量5次，求出平均值，此时有F-mg=
=k ,式中k 为所示弹簧的劲度系数，代入可得γ=。

4.用卡尺测出
，D 2
值，将数据代入即可算出水的γ值，再记录室温，可查出此
温度下蒸馏水的标准值γ，并作比较。

【数据处理】
1.用逐差法计算弹簧的倔强系数K （实验温度：180
C ）
'
L 0'
L 1'
L 2'
L 92
L i '
+L i
5
1
)(5
4
i L L
i i ++=∑L ∆g
5s
s 0
s -s ∆F
f
s ∆)
(s
k 21D D +∏∆D 1
=
=
∆
+
=
∑)
-
(
5
1
5
i
i
i
L
L
L15.914mm
()=
-
∆
-
∆
=∑
∆
)1
5
/(
L
L2
L i
σ0.1815
=
=
∆
∆L
95
.0σ
n
t
A
0.218526
05
.1
仪
∆
=
∆
B
=0.02mm
2
2
B
A
L
∆
+
∆
=
∆
∆
=0.2194
=0.0884或0.08496
2．计算液体表面张力f
=
=
∆
∆S
95
.0σ
n
t
A
0.40196744
=
∆
=
∆
05
.1
仪
B
0.02mm
2
2
S B
A
∆
+
∆
=
∆
∆
=0.402465
3.金属环外、内直径的测量(本实验直接给学生结果)
=+∆=
)
(21d d S
K πα0.06323
3．计算表面张力系数α及不确定度
=⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛∆++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+∆=∆∆2
S 212K 21)(K
)(d d d d S ππα0.0083
4. 表面张力系数的理论值：=⨯-≈-m N t /10)1
5.05.75(3α0.0728
【误差分析】1.系统误差：张力的测量 2.所测液体不纯，引入系统误差3.内外径
测量存在误差。

4.温度测量存在误差5.盛水的器皿不干净6.桌面的震动，空气的流动，金属圆环底部不水平硬气水膜的提前破裂等。

【思考题】
1. 用焦利称测量微小力的依据是什么？ 答：焦利称支架上设有游标精确度为0.02mm.
2．金属圆环浸入水中，然后轻轻提起到底面与水面相平时，试分析金属圆环在竖直方向的受力。

答：金属环竖直向下的重力，水膜的张力，弹簧竖直向上的拉力。

3． 分析（2）式成立的条件，实验中应如何保证这些条件实现？ 答：张力
的测量以及（F —mg ）的测量，减小外界因素例如桌面振动等对实验数据
的影响，在测量力的时候注意保持水平，并记录在水膜刚好要破裂时的读数，以减小实验误差。

4． 本实验中为何安排测（F —mg ），而不是分别测F 和mg ？ 答：减小实验误差。

5. 本实验影响测量的主要因素有哪些？这些因素使α偏大还是偏小？
答：液体的种类、纯度、温度和液面上方的气体成分，液体温度越高，γ值越小，液
体含杂质越多，γ值越小；桌面的震动、空气的流动、金属圆环底部不水平等引
F f F
f
起水膜的提前破裂导致实验误差增大，使得计算出γ值偏小。

实验数据图。