液体表面张力(上课用)

大学物理实验液体表面张力系数测定讲义液体表面张力系数测定一、实验简介液体具有尽量缩小其表面的趋势，好象液体表面是一张拉紧了的橡皮膜一样。

把这种沿着表面的、收缩液面的力称为表面张力。

表面张力的存在能说明物质处于液态时所特有的许多现象，比如泡沫的形成、润湿和毛细现象等等。

测定液体表面张力的方法很多，常用的有焦利氏秤法（拉脱法）、毛细管法、平板法、滴重法、最大泡压法等。

本实验采用焦利氏秤法（拉脱法）。

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。

二、实验原理液体表面层（其厚度等于分子的作用半径）内的分子所处的环境跟液体内部的分子是不同的。

表面层内的分子合力垂直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，并使液体表面自然收缩想象在液面上划一条直线，表面张力就表现为直线两旁的液膜以一定的拉力相互作用。

拉力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 ＝σl式中σ称为表面张力系数，它的大小与液体的成分、纯度、浓度以及温度有关。

三、实验方法金属丝框缓慢拉出水面的过程中，金属丝框下面将带起一水膜，当水膜刚被拉断时，诸力的平衡条件是/2F mg F =+而/F l σ= 得到2F mg lσ-=焦利秤的构造如图所示，它实际上是一种用于测微小力的精细弹簧秤。

一般的弹簧秤都是弹簧秤上端固定，在下端加负载后向下伸长，而焦利秤与之相反，它是控制弹簧下端的位置保持一定，加负载后向上拉动弹簧确定伸长值。

三线对齐为了保证弹簧下端的位置是固定的，必须三线对齐，即玻璃圆筒E上的刻线、小平面镜上的刻线、E上的刻线在小平面镜中的象，三者始终重合。

在力F作用下弹簧伸长Δl，根据虎克定律可知，在弹性限度内F = kΔl，将已知重量的砝码加在砝码盘中，测出弹簧的伸长量，由上式即可计算该弹簧的k值，由k值就可测外力F四、实验内容1、确定焦利氏秤上锥形弹簧的劲度系数(1) 把锥形弹簧，带小镜子的挂钩和小砝码盘依次安装到秤框内的金属杆上。

任课教师授课年级授课日期教学课题：液体的表面张力教学目标：一、知识与技能1、通过分组实验和，观察液体的表面张力现象；2、知道液体的表面张力的概念；3、能从微观角度解释表面张力的产生原因。

二、过程与方法1、通过液体表面张力现象的实验探究，体会科学探究的方法；2、通过解释宏观的表面张力现象，体会运用微观的分子动理论解决问题的方法；三、情感态度价值观1、通过对生活现象深入观察和思考，培养学生良好的学习习惯；2、通过研究型实验，培养学生的动手能力、勇于探究的科学精神和形成实事求是的科学素养。

3、通过微观和宏观的因果关系的探究和感受，感受物理世界存在的普适美。

教学方法：实验法、讨论法、讲授法教学重点：一、液体表面张力的概念;二、液体表面张力的产生原因教学难点：液体表面张力的产生原因课时：一课时教学用具：多媒体、硬币、回形针、水、特制表面张力液体、各种形状的金属丝等教学过程教师活动学生活动设计意图一、【课程导入】：课前小实验：硬币上的水把一元枚硬币平放在桌面上，用滴管往上滴水。

可以滴几十滴而水不流下来。

最后，水滴会聚集成拱起来的水膜。

问：上课之前，我们先一起做一个小实验。

在桌上放一枚一元硬币，用滴管往上滴水。

大家猜想一下，在保证水不从硬币上流下来的情况下，可以滴大约多少滴？答：3、4滴吧。

问：那我们现在一起来做一下这个实验。

（学生实验）问：同学们，可以滴多少滴？答：40滴！问：比你想的多了十倍！回顾一下，在水流下来之前，滴上去的水在硬币上呈现怎样的形态？学生思考学生分组做硬币滴水小实验趣味引入，通过对两个实验的对比，激发学生的求知欲，引起学生的思考，引入新课分组实验，提高动手能力，培养团队合作意识，感受问题与知识的形成过程把水换成加了洗手液的水，能滴的水滴数大大减少。

二、【现象分析】露珠是球形的；肥皂泡也是球形的。

三、【视频实验】观看老师的实验视频，思考其中物理原因。

四、【概念感知】1、如果在液体表面任意画一条线，线两侧的液体之间的作用力是引力，它的作用是使液体表面绷紧，所以叫液体的表面张力。

图3-4-1§3．4　液体的表面张力3．4．1、表面张力和表面张力系数液体下厚度为分子作用半径的一层液体，叫做液体的表面层。

表面层内的分子，一方面受到液体内部分子的作用，另一方面受到气体分子的作用，由于这两个作用力的不同，使液体表面层的分子分布比液体内部的分子分布稀疏，分子的平均间距较大，所以表面层内液体分子的作用力主要表现为引力，正是分子间的这种引力作用，使表面层具有收缩的趋势。

液体表面的各部分相互吸引的力称为表面张力，表面张力的方向与液面相切，作用在任何一部分液面上的表面张力总是与这部分液面的分界线垂直。

表面张力的大小与所研究液面和其他部分的分界线长度L 成正比，因此可写成Lf σ=式中称为表面张力系数，在国际单位制中，其单位是σN/m ，表面张力系数的数值与液体的种类和温度有关。

σ3．4．2表面能我们再从能量角度研究张力现象，由于液面有自动收缩的趋势，所以增大液体表面积需要克服表面张力做功，由图3-4-1可以看出，设想使AB 边向右移动距离△x ，则此过程中外界克服表面张力所做的功为Sx AB x f x F W ∆=∆⋅=∆=∆=σσ22外式中△S 表示AB 边移动△x 时液膜的两个表面所增加的总面积。

若去掉外力，AB 边会向左运动，消耗表面自由能而转化为机械能，所以表面自由能相当于势能，凡势能都有减小的趋势，而，所以液体表面具有收缩的趋势，例S E ∞如体积相同的物体以球体的表面积最小，所以若无其他作用力的影响，液滴等均应为球体。

例 将端点相连的三根细线掷在水面上，如图3-4-2所示，其中1、2线各长1.5cm ，3线长1cm ，若在图中A 点滴下某种杂质，使表面张力系数减小到原来的0.4，求每根线的张力。

然后又把该杂质滴在B 点，求每根线的张力：已知水的面表张力系数α=0.07N/m。

A 滴入杂质后，形成图3-4-3形状，取圆心角为θ的一小段圆弧，该线段在线两侧张力和表面张力共同作用下平衡，则有，式中1)4.0(2sinR a a aT θθ-=代入后得cm R πθθ25.2,22sin1=≈。