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实验三 液体表面张力系数的测定液体的表面张力是表征液体性质的一个重要参数，它描述了液体表层附近分子力的宏观表现，在船舶制造、水利学、化学化工、凝聚态物理中都能找到它的应用。
测量液体表面张力系数对于科学研究和实际应用都具有重要意义。
测定液体表面张力系数的常用方法有：拉脱法，液滴测重法和毛细管升高法等。
拉脱法是测量液体表面张力系数常用的方法之一。
该方法的特点是，用秤量仪器直接测量液体的表面张力，测量方法直观，概念清楚。
【预习思考题】1. 什么是表面张力？2. 液体表面张力系数的物理意义是什么？影响因素有哪些？3. 拉脱法测量液体表面张力系数的基本原理是什么？【实验目的】1.掌握用硅压阻力敏传感器测量的原理和方法。
2.了解液体的表面性质、理解测定液体表面张力系数的原理和方法。
3. 学习和掌握基本测量仪器游标卡尺的使用。
【实验原理】液体分子之间存在相互作用力，称为分子力。
液体内部每一个分子周围都被同类的其他分子包围，它所受到的周围分子的作用，合力为零。
而液体的表面层（其厚度等于分子的作用半径，约10–8 cm左右）内的分子所处的环境跟液体内部的分子缺少了一半和它吸引的分子。
由于液体上的气相层的分子数很少，表面层内每一个分子受到向上引力比向下的引力小，合力不为零，出现一个指向液体内部的吸引力，所以液面具有收缩的趋势。
这种液体表面的张力作用，被称为表面张力。
表面张力的大小与接触面周长成正比，即：f = α·2l。
其中α称表面张力系数，它在数值上等于作用在液体表面单位长度上的力，单位为N/m。
图 2 液体的表面张力4041在液体中浸入一只小圆环，使圆环的底面保持水平，然后将圆环轻轻地提起。
对润湿液体而言，靠近圆环的液面将呈现如图2所示的形状。
圆环与液面的接触线上由于液面收缩而产生的表面张力沿液面的切线方向，图中液面与圆环侧面的夹角φ称为接触角(或润湿角)，当用外力F 缓缓向上拉小圆环时，接触角逐渐减小而趋于零，这时被圆环所拉起的液膜也成圆环形状。
液体表面张力系数的测量【实验目的】1、掌握用砝码对硅压阻式力敏传感器定标的方法，并计算该传感器的灵敏度2、了解拉脱法测液体表面张力系数测定仪的结构、测量原理和使用方法，并用它测量纯水表面张力系数。
3、观察拉脱法测量液体表面张力系数的物理过程和物理现象，并用物理学概念和定律进行分析研究，加深对物理规律的认识4、掌握读数显微镜的结构、原理及使用方法，学会用毛细管测定液体的表面张力系数。
5、利用现有的仪器，综合应用物理知识，自行设计新的实验内容。
【实验原理】一、拉脱法测量液体的表面张力系数把金属片弯成如图 1（a）所示的圆环状，并将该圆环吊挂在灵敏的测力计上，如图 1（b）所示，然后把它浸到待测液体中。
当缓缓提起测力计（或降低盛液体的器皿）时，金属圆环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个最大值 F（当超过此值时，液膜即破裂），则 F 应是金属圆环重力 mg 与液膜拉引金属圆环的表面张力之和。
由于液膜有两个表面，若每个表面的力为（为圆形液膜的周长），则有（2）所以（3）圆形液膜的周长L与金属圆环的平均周长相当，若圆环的内、外直径分别为。
则圆形液膜的周长L≈L’=（D1+D2）/2 （4）将（4）式代入（3）式得（5）硅压阻式力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片由四个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥。
当外界压力作用于金属梁时，在压力作用下，电桥失去平衡，此时将有电压信号输出，输出电压大小与所加外力成正比。
即（6）式中，ΔF 为外力的大小；K 为硅压阻式力敏传感器的灵敏度，单位为V/N；ΔU 为传感器输出电压的大小。
二、毛细管升高法测液体的表面张力系数1一只两端开口的均匀细管（称为毛细管）插入液体，当液体与该管润湿且接触角小于90°时，液体会在管内上升一定高度。
而当接触角大于90°时，液体在管内就会下降。
这种现象被称为毛细现象。
本实验研究玻璃毛细管插入水中的情形。
实验3-3液体表面张力系数的测量液体表面张力是表征液体物理性质的一个重要参量。
测量液体表面张力系数常用的方法之一是拉脱法，该方法的特点是：用称量仪器直接测量液体表面张力，测量方法直观、概念清晰。
由于用此方法液体表面张力大约在321.010~1.010--⨯⨯N/m 之间，因此需要有一种量程范围小、灵敏度高、而且稳定性好的测力仪器，硅压阻式力敏传感器测定仪正能满足测量需要，它不仅灵敏度高、稳定性好，而且可以用数字信号显示，便于计算机实时测量。
一、实验原理：1、液体表面张力系数：液体的表面，由于表层内分子力的作用，存在着一定张力，称为表面张力，正是这种表面张力的存在使液体的表面犹如张紧的弹性模，有收缩的趋势。
设想在液面上有一条直线，表面张力就表现为直线两旁的液面以一定的拉力f 相互作用。
f 存在于表面层，方向恒与直线垂直，大小与直线的长度L 成正比，即：f L α=比例系数α称为一条的表面张力系数，单位N/m 。
它的大小与液体的成分、纯度以及温度有关（温度升高时，α值减小）。
2、拉脱法测量液体表面张力系数：测量一个已知长度的金属片从待测液体表面脱离时需要的力，从而求得表面张力系数的实验方法称为拉脱法。
若金属片为环状时，考虑一级近似，可以认为脱离力（即：表面张力）为表面张力系数乘以脱离表面的周长。
即：12()f D D απ=⋅+得表面张力系数：12()f D D απ=+ 其中，f 为拉脱力；D 1、D 2分别为圆环的外径和内径；а为液体表面张力系数。
3、力敏传感器测量拉力的原理：硅压阻力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片由4个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥。
当外界压力作用于金属梁时，电桥失去平衡，产生输出信号，输出电压与所加外力成线性关系，即：U K F =⋅其中，K 为力敏传感器的灵敏度（mV/N ），其大小与输入的工作电压有关；F 为所加的外力；U 为输出的电压。
1.底座及调节螺丝2.升降调节螺母3.培养皿4.金属片状圆环5.硅压阻式力敏传感器及金属外壳6.数字电压表图2 液体表面张力测量装置对于本实验装置，工作原理如下：（1）液膜被拉断前：cos F mg f θ=+拉断前瞬间，0θ≈，cos 1θ≈，即：F mg f ≈+；此时，数字电压表示数为U 1，则：1U F mg f K=+=。
液体表面张力系数的测定实验报告数据液体表面张力系数的测定实验报告数据引言：液体表面张力是指液体分子表面层内部的相互吸引力。
它是液体分子间的一种特殊力，决定了液体在表面上的性质和行为。
本实验旨在通过测定液体表面张力系数，探究液体分子间的相互作用力，并分析实验数据。
实验仪器与试剂：1. 测量液体表面张力的仪器：纸片法测量仪2. 实验液体：蒸馏水、乙醇、甲苯实验步骤：1. 实验前准备：a. 将实验室温度调至恒定，避免温度变化对实验结果的影响。
b. 清洗测量仪器，确保无杂质干扰。
2. 测定蒸馏水的表面张力系数：a. 将测量仪器放置于水平台上，调整纸片的位置，使其悬垂于平台边缘。
b. 缓慢地将蒸馏水滴入纸片上，观察纸片的形态变化，直至纸片完全沉没。
c. 记录滴入蒸馏水的体积，并根据纸片的形态变化确定表面张力系数。
3. 测定乙醇的表面张力系数：a. 重复步骤2中的操作，将乙醇滴入纸片上。
b. 记录滴入乙醇的体积，并根据纸片的形态变化确定表面张力系数。
4. 测定甲苯的表面张力系数：a. 重复步骤2中的操作，将甲苯滴入纸片上。
b. 记录滴入甲苯的体积，并根据纸片的形态变化确定表面张力系数。
实验结果与分析：根据实验数据，我们计算得到了蒸馏水、乙醇和甲苯的表面张力系数。
以下是实验结果的总结：1. 蒸馏水的表面张力系数为X N/m。
通过对纸片的形态变化观察，我们发现蒸馏水的表面张力较大，纸片在滴入水滴后能够悬垂一段时间，表明水分子间的相互作用力较强。
2. 乙醇的表面张力系数为Y N/m。
与蒸馏水相比，乙醇的表面张力系数较小，纸片在滴入乙醇后迅速沉没，表明乙醇分子间的相互作用力较弱。
3. 甲苯的表面张力系数为Z N/m。
与蒸馏水和乙醇相比，甲苯的表面张力系数更小，纸片在滴入甲苯后几乎立即沉没，表明甲苯分子间的相互作用力非常弱。
结论：通过本实验，我们成功测定了蒸馏水、乙醇和甲苯的表面张力系数，并分析了实验数据。
实验结果表明，不同液体的表面张力系数与其分子间的相互作用力有关。
液体表面张力系数的测定实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过测定液体表面张力系数的实验，掌握液体表面张力系数的测定方法，加深对表面张力的理解，提高实验操作能力。
二、实验原理。
液体表面张力系数是表征液体分子间相互作用力的物理量，通常用$\gamma$表示。
液体表面张力系数的测定方法有很多种，常用的有悬铁环法、悬滴法、悬水滴法等。
本实验采用悬水滴法测定液体表面张力系数。
三、实验仪器和试剂。
1. 一台天平。
2. 一根细丝。
3. 一根细管。
4. 一根毛细管。
5. 一根水平的细管。
6. 一些水。
四、实验步骤。
1. 将一根细丝固定在天平上，使其水平。
2. 用细管将水滴在细丝上，形成一个悬水滴。
3. 用毛细管在悬水滴下方加入一些水，使悬水滴增大，直到悬水滴脱落。
4. 测量水滴的质量$m$，并记录下悬水滴的直径$d$。
五、实验数据处理。
根据实验数据，可以计算出液体表面张力系数$\gamma$的值。
根据悬水滴法的原理，液体表面张力系数$\gamma$与水滴的质量$m$、直径$d$和重力加速度$g$之间存在如下关系：$$\gamma = \frac{4m}{\pi d^2 g}$$。
六、实验结果与分析。
根据实验数据和计算公式，可以得到液体表面张力系数$\gamma$的数值。
通过对实验数据的分析，可以发现液体表面张力系数与水滴质量和直径呈反比关系，与重力加速度呈正比关系。
这与表面张力的性质相符合。
七、实验结论。
通过本实验的实验操作和数据处理，成功测定了液体表面张力系数$\gamma$的数值。
实验结果与理论预期相符，验证了悬水滴法测定液体表面张力系数的可行性。
八、实验中的注意事项。
1. 实验操作要细致，保证悬水滴的稳定性。
2. 测量数据要准确，避免误差的产生。
3. 实验结束后要及时清理实验仪器和试剂。
九、参考文献。
1. 《物理化学实验》。
2. 《实验化学》。
十、致谢。
感谢实验指导老师的悉心指导和同学们的配合，使本次实验取得了圆满成功。
3.12 液体表面张力系数的测定液体表面张力是表征液体性质的一个参数，在表面物理、表面化学、医学等领域中有重要的意义。
测量液体表面张力系数的方法有多种，如拉脱法、毛细管法、滴定法等等。
本实验利用硅压阻式力敏传感器采用拉脱法测量。
实验目的1．用拉脱法测量室温下液体的表面张力系数2．了解硅压阻式力敏传感器的工作原理，学习力敏传感器的定标方法。
仪器用具液体表面张力系数测定仪主机（含硅压阻式力敏传感器），200mV 三位半数字电压表，铝合金吊环，砝码及砝码盘，玻璃器皿，镊子等。
实验原理液体表面总处于绷紧的状态，这归因于液面各部分之间存在着相互拉紧的力。
这种力叫表面张力。
它的方向沿着液面（或其“切面”）并垂直于边界线。
它的大小与边界线的长度成正比。
以f 表示长为l 的边界线上作用的表面张力，则应有f l α=，α为液体表面张力系数。
测量一个已知周长的金属片从待测液体表面脱离时需要的力，求得该液体表面张力系数的实验方法称为拉脱法。
如果金属片为环状吊片时，考虑一级近似，可以认为表面张力f 为表面张力系数与液面边界线长度的乘积，即12()f D D πα=+ （3.12-1）式中1D 、2D 分别为圆环内、外直径，α为液体表面张力系数。
所以液体表面张力系数为：12/[()]f D D απ=+ （3.12-2）硅压阻式力敏传感器由弹性梁和贴在梁上的传感器芯片组成，其中芯片由四个硅扩散电阻集成一个非平衡电桥，当外界压力作用于金属梁时，在压力作用下，电桥失去平衡，此时将有电压信号输出，输出电压大小与所加外力成正比，即U KF ∆= （3.12-3）式中，F 为外力的大小，K 为硅压阻式力敏传感器的灵敏度，U ∆为传感器输出电压的大小。
实验装置介绍实验装置主要由硅压阻式力敏传感器、数字电压表、测试架等组成，如图3.12-1所示。
硅压阻式力敏传感器受力量程：0～0.098N 。
三位半数字电压表量程为200 mV 。
铝合金吊环的外径φ3.496cm 、内径φ3.310 cm 、高0.85 cm 。
实验七液体表面张力系数的测定【实验目的】1. 了解焦利氏秤测微小力的原理、结构和方法；2．用拉脱法测量室温下水的表面张力系数；3．掌握用逐差法处理数据。
【实验仪器】焦利氏秤，Π型金属丝框，法码，游标卡尺，玻璃杯，酒精，金属镊子，温度计及蒸馏水。
【实验原理】许多涉及液体的物理现象都与液体的表面性质有关，液体表面的主要性质就是表面张力。
例如液体与固体接触时的浸润与不浸润现象、毛细现象、液体泡沫的形成等，工业生产中使用的浮选技术，动植物体内液体的运动，土壤中水的运动等都是液体表面张力的表现。
液体表面层中分子的受力情况与液体的内部不同。
在液体内部，任一个分子受其他分子引力、斥力在各方向上均相等，则所受的合力为0；而在表面层，由于液体上方气体分子密度较小，液体表面层分子间的距离大于正常距离，这时引力大于斥力。
这种状态下，整个液面如同绷紧的弹性薄膜，这时产生的沿液面并使之收缩的力称为液体表面张力，用表面张力系数来描述。
液体的表面张力系数与液体的性质、杂质情况、温度等有关。
当液面与其蒸汽相接触时，表面张力仅与液体性质及温度有关。
一般来讲，密度小，易挥发液体小；温度愈高，愈小。
如果在液体表面想象一条直线段，那么,表面张力就表现为线段两边的的液面会以一定的拉力相互作用,此拉力方向垂直于线段,大小与此线段的长度成正比,即（7-1）其中，为液体表面张力系数,它表示单位长线段两侧液体的相互作用，国际制中单位为牛顿/米，记为N?M-1。
拉脱法测定液体表面张力系数是基于液体与固体接触时的表面现象提出的。
由分子运动论可知，当液体分子和与其接触的固体分子之间的吸引力大于液体分子的内聚力时，就会产生液体浸润固体的现象。
现将一洁净Π型金属丝浸入水中，由于水能浸润金属，当拉起金属丝时，在Π型金属丝框内就形成双面水膜。
设Π型金属丝的直径为，内宽为，重量，受浮力，弹簧向上的拉力，液体的表面张力为。
则Π型丝的受力平衡条件为（7-2）设接触角为，由于水膜宽度为（L+d）,则表面张力为（7-3）缓慢拉起Π型丝至水面时，接触角趋近于零，上式中。
实验3-3 液体表面张力系数的测定一、实验目的：测量室温下水的表面张力系数。
二、实验原理：液体表面张力的存在，液体表面具有收缩的趋势，在液体表面上作一条曲线，则曲线受两侧平衡的、并与液体表面相切的表面张力的作用。
在线性近似下，表面张力的大小与曲线的长度成正比，表面张力的大小与曲线长度的比值即为液体的表面张力系数。
根据这一规律，可以用液体表面张力系数测定液体的表面张力。
在实验中用一个金属圆环固定在传感器中，该环浸没于液体中，把圆环慢慢拉起，金属圆环会受到液体表面膜的拉力作用。
表面膜拉力的大小为f=α△l=α(2πr1+2πr2)=π（D1+D2）α在页面拉脱的瞬间，膜的拉力小时。
拉力差为f=π（D1+D2）α（1）并以数字式电压表输出显示为f=(U1-U2)/B （2）由（1）、（2），我们可以得到水的表面张力系数为α=(U1-U2)/[Bπ（D1+D2）]因此，只要测量出(U1-U2)，B,D1和D2，就能得到液体的表面张力系数α三、实验器材：液体表面张力系数测定仪、垂直调解台、硅压阻力敏传感器、铝合金吊环、吊盘、砝码、玻璃皿、镊子和游标卡尺。
四、实验步骤：（1）力敏传感器的定标（表3-3-1）物体质量m/g 0.500 0.100 1.500 2.000 2.500 3.000 3.500 输出电压U/mV（2）测量金属圆环的外径D1和内径D2。
（3）记录吊环即将拉断液柱前一瞬间数字电压表的读数值U1和拉断时瞬间数字电压表的读数U2。
并用温度计测出水的温度。
利用所测数据计算出α（表3-3-2）。
表3-2-2 水的表面张力系数测量测量次数D1/mm D2/mm U1/mV U2/mV △U/mV f/10-3N α/（10-3N/m）123456水的温度：_____℃（4）求出在此温度下的水的表面张力系数，查询资料获得水的表面张力系数的标准值，与实验值测得值相比较，对测量结果进行误差分析。
五、数据记录将所得实验数据填入《表3-3-1 力敏传感器定标》和《表3-3-2 水的表面张力系数测量》中。
液体表面张力系数的测定【实验目的】1.掌握用毛细管升高法测液体表面张力系数的原理和方法。
2.学习用读数显微镜测量微小长度。
【实验原理】当液体和固体接触时，若固体和液体分子间的吸引力大于液体分子间的吸引力，液体就会沿固体表面扩展，这种现象焦润湿。
若固体和液体分子间的吸引力小于液体分子间的吸引力，液体就不会在固体表面扩展，叫不润湿。
润湿与不润湿取决于液体、固体的性质，如纯水能完全润湿干净的玻璃，但不能润湿石蜡；水银不能润湿玻璃，却能润湿干净的铜、铁等。
润湿性质与液体中杂质的含量、温度以及固体表面的清洁程度密切相关，实验中要予以特别注意。
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。
这种张力垂直与改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5.2.1-1(a)所示的形状，并将器悬挂在灵敏的测力计上，然后把它浸到液体中。
当缓缓提起测力计时，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（超过此值，膜即破裂），则应当是金属丝重力与薄膜拉引金属丝的表面张力之和。
由于液膜有两个表面，若每个表面的力为，则由得(1)显然表面张力是存在于液体表面上任何一条分界线两侧间的液体的相互作用拉力，其方向沿着液体表面，且垂直于改分界线。
表面张力的大小与分界线的长度成正比。
即(2)式中称为表面张力系数，单位是N/m。
表面张力系数与液体的性质有关，密度小而易挥发的液体小，反之较大；表面张力系数还与杂质和温度有关，液体中掺入某些杂质可以增加，而掺入另一些杂质可能会减少；温度升高，表面张力系数将降低。
测定表面张力系数的关键是测量表面张力。
用普通的弹簧称是很难迅速测出液膜即将破裂时的的，应用焦力氏称则克服了这一困难，可以方便地测量表面张力。
【实验仪器】焦利氏称由固定在底座上的秤框、可升降的金属杆和锥形弹簧秤等部分组成，如图5.2.1-2所示。
液体表面张力系数的测定表面张力是液体表面的重要特性，它类似于固体内部的拉伸应力，这种应力存在于极薄的表面层内，是液体表面层内分子力作用的结果。
液体表面层的分子有从液面挤入液内的趋势，从而使液体有尽量缩小其表面的趋势，整个液面如同一张拉紧了的弹性薄膜，我们把这种沿着液体表面，使液面收缩的力称为表面张力。
作用于液面单位长度上的表面张力，称为液体的表面张力系数，测定液体表面张力系数的方法有：拉脱法、毛细管法、最大气泡压力法等。
本实验采用拉脱法测定表面张力系数。
实验目的：1、了解液体表面性质。
2、熟悉用拉脱法测定表面张力系数的方法。
3、熟悉用焦利弹簧秤测量微小力的方法。
实验仪器：焦利弹簧秤，被测液体，游标卡尺，矩形金属框，烧杯，砝码及托盘等实验原理：1、面张力的由来假设液体表面附近分子的密度和内部一样，它们的间距大体上在势能曲线的最低点，即相互处在平衡的位置上。
由图（1）可以看出，分子间的距离从平衡位置拉开时，分子间的吸引力先加大后减小，在这儿只涉及到吸引力加大的一段，如图（2）所示，设想内部某个分子A欲向表面迁徙，它必须排开分子1、2，并克服两侧分子3、4和后面分子5对它的吸引力。
用势能的概念来说明，就是它处在图（3）左边的势阱中，需要有大小为d E 的激活能才能越过势垒，跑到表面去。
然而表面某个分子B 要想挤向内部，它只需排开分子''21、和克服两侧分子''43、的吸引力即可，后面没有分子拉它。
所以它所处的势阱（图（3）中右边的那个）较浅，只要较小的激活能'dE 就可越过势垒，潜入液体内部。
这样一来，由于表面分子向内扩散比内部分子向表面扩散来得容易，表面分子会变得稀疏了，其后果是它们之间的距离从平衡位置稍为拉开了一些，于是相互之间产生的吸引力加大了，这就是图(3)右边所示的情况。
此时分子B 需克服分子''43、对它的吸引力比刚才大，从而它的势阱也变深了，直到'dE 变得和d E 一样时，内外扩散达到平衡。
所以在平衡状态下液体表面层内的分子略为稀疏，分子间距比平衡位置稍大，在它们之间存在切向的吸引力。
这便是表面张力的由来。
在刚才的讨论中未考虑液面外是否有气体。
如果有，则分子B 背后有气体的分子拉它，这显然会使上述差距减小，从而减小表面张力。
事实也确实如此。
如果液面外只是它的饱和蒸气，当温度逐步上升到临界点时，饱和蒸气的密度增到与液态的密度相等，液面两侧的不对称性消失，表面张力也就消失了。
2、实验设计我们设想在液面上作一长为L 的线段，则表面张力的作用就表现在线段两边的液体以一定的力F 相互作用，且作用力的方向与L 垂直，其大小与线段的长度成正比。
即L F γ=，式中γ为液体的表面张力系数，即作用于液面单位长度上的表面张力。
采用拉脱法测定液体的表面张力系数是直接测定法，通常采用物体的弹性形变来量度力的大小。
若将一个矩形细金属丝框浸入被测液体内，然后再慢慢地将它向上拉出液面，可看到金属丝带出一层液膜，如图（4）所示。
设金属丝的直径为a ，拉起液膜将破裂时的拉力为F ，膜的高度为h ，膜的宽度为b ，因为拉出的液膜有前后两个表面，而且其中间有一层厚度近似为a 的被测液体，且这部分液体有自身的重量，故它所受到的重力为g bah mg ρ=（由于金属丝的直径很小，所以这一项很小，一般忽略不计），所受表面张力为)(22a b f +=γ，故有Mg f F +=2或变形为)(2)(a b Mg F +-=γ （1）式中，ρ为被测液体的密度，g 为当地重力加速度，Mg 为金属框所受重力与浮力之差。
从式(1)可以看出，只要实验测定出a b Mg F 、、)(-等物理量，由式(1)便可算出液体的表面张力系数γ。
显然，a b 、都比较容易测，只有Mg F -是一个微小力，用一般的方法难以测准。
故本实验的核心是测量这个微小力F ，利用焦利弹簧秤测量。
表面张力系数与液体的种类、纯度、温度和液体上方的气体成分有关。
实验表明，液体的温度约高，γ的值约小；所含杂质越多，γ的值也越小。
3、仪器介绍如图（5）所示，焦利秤实际上是一个精细的弹簧秤，是测量微小力的仪器。
在直立的金属套筒内设有可上下移动的金属杆，1 的上端设有游标2，1 的横梁上悬一根细弹簧8， 8下端挂有圆柱形10并有水平刻线G,(也称指标杆G )，G 的下方设一小钩，用来悬挂砝码盘或矩形金属丝框架。
金属套筒的中下部附有刻有横线的玻璃套筒9和能够上下移动的平台6。
金属套筒的下端设有旋钮4，转动4可使金属杆1上下移动，移动的距离由1上的刻度和游标2来确定。
使用时，先照图（5）正确安装仪器，使带横线的小镜子10穿过玻璃套筒9的内部，并使镜面朝外．调节底座上的螺钉，使小镜子10沿竖直方向振动时不与玻璃套筒9发生摩擦．然后应旋转旋钮4，使小镜子10上的刻线与玻璃套筒9上的刻线以及9上刻线在小镜子里的像三者相互对齐，即所谓“三线对齐”。
用这种方法保证弹簧的下端的位置是固定不变的，而弹簧的上端可以向上沿伸，需要确定弹簧的伸长时，可由1上的米尺和游标2来确定(即伸长前、后两次的读数之差值)。
根据胡克定律，在弹性限度内，弹簧的伸长量x ∆与所加的外力F 成正比，即x K F ∆=，式中K 是弹簧的劲度系数，对一特定的弹簧，K 值是确定的。
如果我们将已知重量的砝码加在砝码盘中，测出弹簧的伸长量，即可算出弹簧的K 值，这一步骤称为焦利秤的校准。
使用焦利秤测量微小力时，应先校准。
利用校准后的焦利秤，就可测出弹簧的伸长量，从而求得作用于弹簧上的外力F 。
弹簧的劲度系数越小，就越容易伸长，即弹簧越细，各螺旋环的半径越大，弹簧的圈数越多，K 值就越小，弹簧越容易伸长。
同时弹簧材料的切变模量越小，弹簧越容易伸长。
选用K 值小的弹簧，其测量微小力的灵敏度就高。
所以本实验中，一定要在有关实验人员的指导下得知弹簧的最大负荷值，并且在使用、安装过程中一定要轻拿轻放，倍加爱护。
实验内容与步骤：1、按照图（5）挂好弹簧、小镜子10及砝码盘，调节三角底座上的螺钉使小镜子10铅直(即小镜子10与玻璃套筒9的内壁不摩擦)。
然后转动旋钮4，使“三线对齐”(观察时眼睛要与玻璃套筒上的水平线等高)。
记录游标零线所指示的米尺上的读数0L 。
2、依次将实验室给定的砝码加在砝码盘内，逐次增加至，，…，(每加一次均需要转动旋钮4，重新调到“三线对齐”)，分别记录1柱上米尺的读数921L L L 、，并在表（1）中记录数据，然后依次减去砝码，步骤同上，用逐差法求弹簧的劲度，再算出劲度系数是的平均值及其不确定度。
3、用酒精棉球仔细擦洗矩形金属丝框架，然后挂在砝码盘下的小钩上，转动旋钮4，重新使“三线对齐”，记录游标零线所指示的米尺读数0S 。
4、将盛有多半杯蒸镏水的烧杯置于平台上，转动平台下端的螺丝5，使矩形形金属丝框先浸入水中，然后缓慢地调节螺丝5使平台慢慢下降，直至矩形金属丝横臂高出水面，此时水的表面张力作用在矩形金属丝上，小镜子10上的弹簧受到向下的表面张力的作用也随之伸长，这样小镜子上的刻线G 也随着下降，使“三线”不再对齐。
眼睛对准玻璃套筒上的水平刻线D ，用另一只手缓缓向上旋动旋钮4，使“三线”重新对齐，同时调节平台调节旋钮5使之再下降，直到矩形金属丝框架下的水膜刚要断裂止（或刚刚断裂）。
先观察几次水膜在调节过程中不断被拉伸、最后破裂的现象。
然后再把金属丝框架欲要脱离而尚未脱离水膜的一瞬时的米尺1上的读数1S 记录下来。
5、重复步骤3和4五次，测出弹簧的平均伸长0S S -及其不确定度，则 )()(0S S K Mg F -⋅=-。
6、记录实验前后的水温，以平均值作为水的温度。
测量矩形金属丝横臂的长度b 、直径a 的数值，并计算。
γ的值及其不确定度。
数据处理表（1）用逐差法求K=-+i i L L 5（ ）=-=+)(55i i L L mgK （ ）=-∑=--++)1(55)(n n V ii i i L LL Lσ（ ）其中[]2552)(5i i i i L L L L L L Vii ---=++-+表（1）求0S S - （单位：10-2m ）=-0s s （ ）=-∑=--)1(2)(00n n V S S s s σ（ ）其中 []2002)()()(0s s s s VS S ---=-=∆-)(0s s （ ）=b （ ）m =∆b （ ）m=a ( ) m =∆a ( ) m =T ( )C 0测量结果：=+-⋅=)(2)(0b a S S K γ（ ）=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+∆+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∆+⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∆=+-+-+2)(20)(25)(05a b S S L L U a b S S i i L L r i i （ ）%=∆γ（ ）结果表示： =∆±=γγγ（ ）=r U （ ）% 注意事项1、实验时矩形金属丝框不能倾斜，否则，矩形框拉出水面时液膜将过早地破裂，给实验带来误差。
2、矩形金属丝先用酒精灯烧红，再清洗后不允许手碰。
3、焦利秤中使用的弹簧是易损精密器件，要轻拿轻放，切忌用力拉。
思考题1、什么“三线对齐”本实验中测量表面张力时缓慢地将矩形金属丝从水中拉起，该过程中需要时刻保证“三线对齐”，应如何操作2、验中测量表面张力时缓缓地将矩形金属丝水平地拉出水面，如何避免倾斜为什么要将矩形金属丝拉到将要脱离而又未脱离水膜的极限状态3、测量金属丝框的宽时，应测它的内宽还是外宽为什么4、试用作图法求焦利弹簧秤的劲度系数，将结果与逐差法的结果进行比较。
实验四 液体表面张力系数的测量[a1][实验目的]1．学习用焦利氏秤测量微小的力。
2．掌握用拉脱法测量液体表面张力系数的原理和方法。
[实验仪器与器材]焦利氏秤、矩形金属片、砝码、游标卡尺、酒精灯、镊子、烧坏、蒸馏水、苛性钠溶液等。
图4－1 焦利[仪器描述]焦利氏秤是一个精细的弹簧秤，常用于测量微小的力，如图4－1 所示。
在有水平调节螺旋M 的三角底座上，固定着金属立柱A ，其内装有带毫米刻度的金属管B ，立柱A 上附有游标C ，升降旋钮D可使刻度管B 上、下移动。
在刻度管B 顶端的横梁上挂有弹簧S ，其下端挂着一个带有指示镜（中央有一标线）的金属杆Q ，刻有标线的玻璃管G 套在指示镜外。
金属杆Q 下端可挂砝码[w2]盘E 或矩形金属片。
H 为载物平台，它的升降可调节平台固定夹P ，平台下面的微调螺旋N 用来调节载物平台的微小移动。
使用焦利氏秤时先调节水平调节螺旋M ，使金属杆Q 及指示镜竖直从玻璃管G 正中通过，然后旋转升降旋钮D 使指示镜上的标线和玻璃管G 上的标线及其在指示镜中的像三者重合（简称三线重合），从标尺C 读出示数1x 。
