大学物理实验实验5液体的表面张力测量实验报告.docx

《大学物理实验实验5液体的表面张力测量实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学物理实验实验5液体的表面张力测量实验报告.docx（11页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、物理试验原始数据记录专业班级试验日期学号姓名试验台号表 4-1-1U 型框的宽度和厚度测量数据D=D=测量序号U 形框宽度l / mmU 形框厚度d / mm平均值l 、d / mm 标准差s(l、d ) / mm44.1000.79300.07120.00212卡尺0.02mm螺0.004mm144.100.793244.000.790344.200.791444.100.793表 4-1-2金属圆环内外径测量数据D=测量序号外径 R / mm内径r / mm平均值R r / mm 标准差s(R、r) / mm22.11020.2100.07100.4571卡尺0.02 mm122.2021

2、.00222.0019.90322.1219.98422.1019.96表 4-2弹簧劲度系数测量数据逐次伸长读数焦利秤D焦=砝码质量m =500mg试验室给出Dm0.05=增加砝码0.1减少砝码mm工程读数平均读数xi读 数 逐 差x- x计算mg准i+3ixDx =i+3i平 均 值Dx标差- x3s(Dx) = (Dx -Dx)2 3(3-1)x106.8106.8106.8x- x=45.305.42011xx112.2112.2112.216.92117.8117.8117.8x-x5.373x= 520.128122.9122.5122.716.1x4128.4128.2128.3

3、x- x=65.605x63134.6134.6134.616.8表 4-3U 型框外表张力系数的测定焦利秤D测量次数初读数s / mm0末读数s/ mm伸长量Ds = s - s0平均值Ds / mm标准差s(Ds)0.732焦=用砝码个数 00.1mm1101.6110.58.98.502109.88.23109.07.44110.08.45111.29.6表 4-4金属圆环外表张力系数的测定焦利秤D测量次数初读数s / mm0末读数s/ mm伸长量Ds = s - s0平均值Ds / mm标准差s(Ds)0.236焦=用砝码个数 00.1 mm121.431.29.89.70231.09

4、.6331.510.1431.09.6530.89.4大学物理试验报告试验名称 液体的外表张力测量试验名称：液体的外表张力测量小组成员：张振勇试验目的：试验时间：2023.6.8试验地点：虚拟试验平台1. 了解焦利氏秤的构造及使用方法。2. 把握 U 型框和圆环在液体外表的受力模型3把握用焦利氏秤法测外表张力系数的原理和方法。仪器、设备和材料：焦利氏秤及组件、烧杯、游标卡尺、螺旋测微器、待测液体、U 型框、圆环、镊子、法码、法码盘。试验原理：1. 液体外表层内分子所处的环境与液体内部的分子不同。由于液面上方的气相层的分子 数很少，外表层内每一个分子所受到的向上的引力比向下的引力小，因此合力垂直

5、于液面并 指向液体内部，所以分子有从液面挤入液体内部的倾向，并使液体外表自然收缩，直处处于动态平衡。图 41 薄金属片受力与金属形框示意图U假设我们把一块外表干净的薄钢片浸于浸润液体中，则其四周的液面将消灭如图 4-l 所示的外形。由于液面收缩而产生沿着液面切线方向的力称为外表张力 F ，外表张力 F与薄钢片的夹角称为接触角a ，当缓缓拉出钢片时，接触角att渐渐减小而趋于零。因此外表张力的方向垂直向下。在钢片脱离液体前各力平衡的条件为：F = mg + Ft(4-1)式中， F 是将薄钢片拉出液面时所施的外力，mg 为薄钢片和它所沾附的液体的总重量。薄钢片与液体接触的周界长为： L = 2(

6、l + d )而外表张力 F 与 L 成正比，即t式中：比例系数sF = s L = 2s (l + d )(4-2)称为外表张力系数，数值等于作用在液体外表单位长度上的力。单位为tN m-1。将(4-2)代入(4-1)可得：s = F - mg4-32(l + d )外表张力系数s 与液体的种类、纯度、温度和它上方的气体成分有关。试验说明，液体的温度愈高，s 值愈小；所含杂质越多，s 值也越小，只要上述条件肯定，s 是一个常数。2. 假设我们把一个外表干净的金属圆环浸于浸润液体中时，则圆环微小长度范围内四周的液面也将消灭如图 4-l 所示的外形。由于液面收缩而产生沿着液面切线方向的力称为外表

7、张力 F ，外表张力 F与圆环的夹角称为接触角a ，当缓缓拉出圆环时，接触角att渐渐减小而趋于零。因此外表张力的方向垂直向下。在圆环脱离液体前各力平衡的条件为：F = mg + Ft式中， F 是将圆环拉出液面时所施的外力， mg 为圆环和它所沾附的液体的总重量。圆环与液体接触的周界长为： L = p (R + r)式中， R、r 分别是圆环内外直径。而外表张力 F 与 L 成正比，即t(4-4)式中：比例系数sF = s L = sp(R + r)(4-5)tN m-1。称为外表张力系数，数值等于作用在液体外表单位长度上的力。单位为将(4-5)代入(4-4)可得：s = F - mg4-6

8、p(R + r)3. 焦利氏秤是一个精细的弹簧秤，常用于测量微小的力，其构造如图4-7-2 所示。在直立的可以上下移动的金属杆A 的横梁上，悬一根塔形的细弹簧S，弹簧下端挂一个刻有水平线的小平面镜C，小镜下端有一钩子，用来悬挂砝码盘或金属框。小镜子悬在刻有水平线的 玻璃管D 的中间，带刻度的金属杆 A 套在金属空管B 内，空管上有游标 H 和可上下移动的平台 E 及装有玻璃管的支架，平台的上下移动可用平台下端的螺旋F 来调整，转动旋钮 G 可使金属杆A 上下移动，因而也就调整了弹簧的升降，弹簧上升或下降的距离由主尺(金属杆 A) 和游标来确定。使用时，应调整旋钮G，使小镜上的线、玻璃管上的线及

9、它在小镜中的像三 者重合，即“三线对齐”，用这种方法可保证弹簧下端的位置是固定的。依据胡克定律，在弹性限度内，弹簧的仲长量DL 与所加外力成正比。即F = kDl 。式中：k 为弹簧的劲度系数。对于一个特定的弹簧，k 值是肯定的。假设我们将重量的砝码加在砝码盘中，测出弹簧的伸长量，由上式即可算出k 值： 这一步称为焦利氏秤的校准；焦利氏秤校准后，只要测出弹簧的伸长量，就可求出作用于弹簧上的外力F。2图 42 焦利氏秤及组件示意图试验内容1. 仪器安装调试及根本测量。从元件盒中轻轻取出弹簧(切忌用力拉弹簧)、小镜、砝码盘等，装上焦利氏秤，调整三脚支架的底座螺旋，使小镜C 悬在玻璃中心；调整升降旋

10、钮G，使“三线对齐”，此步骤本试验过程均已经在程序中完成.本试验中温度设定为 24 摄氏度，金属 u 型框 200mg,金属圆环 600mg.用玩耍标卡尺测量U 型框的宽度 l、金属圆环的内外径R,r；用螺旋测微器测量U 型框的厚度d.2. 测定弹簧劲度系数k在砝码盘中参加元件盒中给定的 500mg 的砝码，弹簧仲长，调整升降旋钮上升使“三线对齐”，登记此时的游标零线所指示的米尺读数，依次加至 1000mg、1500mg3000mg 砝码：每加一次砝码，都重调到“三线对齐”，分别登记各次读数x , x x，然后再每126次取下 500mg，直至将砝码全部取下，每取一次仍调到“三线对齐”，登记x

11、” , x” x” 。求出同一负荷下的平均值 xi651；用逐差法处理数据，求出劲度系数的平均值K 。3. 两种方法测定液体的外表张力、将 U 型框用酒精认真洗净，以除去油污。然后将其挂在砝码盘下端的挂钩上，转动升降旋钮G，使其“三线对齐”，登记游标零线所指示的米尺读数S 。0、将盛有液体的烧杯置于平台上，使 U 型框刚刚浸没在液体中。转动平台下面的螺旋 F，使平台缓缓下降。因外表张力作用在U 型框上，小镜上的水平线也随之下降；因此重3调整升降旋钮使弹簧连同小镜稍稍上升，使三线对齐。“左手往上升，右手往下降，眼睛只盯三线齐”。然后再使平台下降一点，重复上述调整。直到 U 型框脱出液面前始终保持

12、“三线对齐”，登记U 型框脱出液面前瞬间游标零线所指示的米尺读数S 。1、再重复测量 4 次，求出平均伸长量， DL = (S - S )0则： F - mg = K (S - S )0、用游标卡尺测出U 型框宽L、d。重复四次，求出平均值(当 d 很小时可不计)。、将所测数据填入表格中。6金属圆环法测量液体外表张力时的测量过程同上。数据记录与数据处理1、U 型框宽度及厚度的测量测定表 4-1-1U 型框的宽度和厚度测量数据D=D=卡尺0.02mm螺0.004 mm测量序号U 形框宽度U 形框厚度l / mmd / mm144.100.793244.000.790344.200.791444.

13、100.793平均值l 、d / mm 标准差44.1000.7930s(l、d ) / mm0.07120.00212l 的不确定度： u(l) = 0.019mm门形框宽度： l = l u(l) = ( 44.1000.010)mmd 的不确定度： u(d ) =0.010mm门形框厚度： d = d u(d ) = ( 0.7900.011 )mm 金属圆环内外径的测量测定表 4-1-2金属圆环内外径测量数据D=卡尺0.02mm测量序号外径 R / mm内径r / mm122.2021.00222.0019.90322.1219.98422.1019.96平均值 R r / mm 标准

14、差22.1100.0710420.2100.4571s(R、r) / mmR 的不确定度： u(R) =0.015 mm圆环外径： R = R u(R) = ( 22.0850.009)mmr 的不确定度： u(r) = 0.018mm圆环内径： r = r u(r) = ( 20.0120.020 )mm2、弹簧劲度系数的测定表 4-2弹簧逐次伸长读数焦利秤D焦=砝码质量m =0.1mm500mg试验室给出D=m0.05mg工程增加砝 减平均读数读 数 逐 差 计算 平 均 值 标准差码少砝码读数xx- xii+3iDx =x- xi+3iDxs(Dx) = (Dx -Dx)233(3-1)

15、x106.81x112.22x117.83x122.94106.8112.2117.8122.5106.8112.2117.8122.7x- x=4116.9=x-x5216.15.305.375.4200.128x128.45x134.66128.2134.6128.3134.6x- x=6316.85.60、Dx的计算Dx的不确定度： u(Dx) =u (Dx)2 + u (Dx)2 =AB0.10mmDx的测量结果： Dx = Dx u(Dx) = ( 5.330.13)mm=( 5.330.13)m砝码质量： m = m + u(m) = m Dm = ( 5000.04)mg=( 5

16、00 0.04)kg、弹簧劲度系数k 的计算劲度系数的试验值： k =mg =Dx0.917N/mu(k )u(Dx)u(m)相对不确定度：=()2 + ()2 =kDxm0.0185不确定度： u(k ) = (u(k ) k =k0.018N/m劲度系数测量结果： k = k u(k ) = ( 0.9240.014)N/m( p = 0.683)3、U 型框法外表张力系数的测定表 4-3U 型框外表张力系数的测定焦利秤D焦=用砝码个数00.1mm测量初读数末读数伸长量平均值标准差次数s / mms/ mmDs = s - sDs / mms(Ds)001101.6110.58.98.50

17、2109.88.23109.07.40.734110.08.45111.29.62、 Ds 的计算Ds 的不确定度： u(Ds) =uA(Ds)2 + uB(Ds)2 =0.10mmDs 测量的结果： Ds = Ds u(Ds) =s( 8.500.08)mm、外表张力系数的计算由于U 型框厚度 d 与宽度 l 之比很小，故略去厚度 ds 的测量值：s = F - mg = k Ds =2l2l0.0750 N/mu(s )u(k)u(Ds )u(l )相对不确定度： s=()2 + (kDs)2 + (l)2 =0.0221不确定度： u(s ) = s (u(s ) =s0.0216 N/

18、m外表张力系数的测量结果：s = s u(s ) =( 0.0699 0.0009)N/m( p = 0.683)u(s )相对误差： E=rs100 0=03 %4、金属圆环法外表张力系数的测定表 4-4金属圆环外表张力系数的测定焦利秤D焦=用砝码个数00.1mm测量初读数末读数伸长量平均值标准差次数s / mms/ mmDs = s - sDs / mms(Ds)00121.431.29.89.70231.09.6331.510.10.23431.09.6530.89.466、 Ds 的计算Ds 的不确定度： u(Ds) =uA(Ds)2 + uB(Ds)2 =0.21mmDs 测量的结果

19、： Ds = Ds u(Ds) =、外表张力系数s 的计算( 9.600.21)mms 的测量值：s = F - mg=k Ds=p(R + r)p(R + r)0.0578N/mu(s )u(k)u(Ds )u(R)u(r)相对不确定度： s=()2 + (kDs)2 + ()2 + (l)2 =不确定度： u(s ) = s (u(s ) =s0.0324N/mR0.0324外表张力系数的测量结果：su(s )= s u(s ) = ( 0.08570.0023)N/m ( p = 0.683)相对误差： E=rs100 0=03%试验结果分析1. 金属圆环不水平，仪器底座不水平2. 仪器未调零，外表张力系数测定仪不稳3. 拉脱过程不匀速，拉脱速度过快指导教师评语及得分：签名：2023 年 06月15 日78