基础实验题A:液体的表面张力系数测量

介绍了第5届全国大学生物理实验竞赛基础实验题A的实验内容,给出了参考解答,并分析了竞赛结果.基础实验题A涵盖毛细管法和最大泡压法测量液体的表面张力系数2部分,分5道试题.毛细管法和最大泡压法在理论上具有相似性,毛细管法从液体的表面张力系数的定义出发,引导学生从最基础的层面上理解液体表面张力系数的定义,从而自拟实验方案,自组实验器材进行实验测量;最大泡压法考查学生举一反三的学习能力,在相似的理论下自拟、自组实验.试题整体考查了学生对理论知识的理解运用能力以及基本的实验操作能力.     

基于拉普拉斯方程的表面自由能测定

液体表面自由能作为材料表面能量状态重要特征有很大研究意义,因其数值上与表面张力相同,所以它可以通过测量液体表面张力来获得.针对表面张力的传统测量方法具有实验精度与适用范围不能兼得的问题,本文提出一种测量液体表面张力的新方法:基于拉普拉斯方程,以液泡膜为研究对象,分析液泡逐渐增大的过程,利用线性回归分析压强差与曲率半径的数据,求解表面张力系数.此方法不仅适用于高温高压环境,且与最大泡压法相比,在未引入新误差项的同时避开了其主要误差来源.     

拉脱法测量液体表面张力系数的改进

通过改进原有的实验仪器,设计一个拉脱法测量液体表面张力系数的新实验.从金属环片受力分析开始,推导测量液体表面张力系数的计算新公式,纠正了一直以来不计液膜重力的过于粗略的计算方法.实践证明该实验测量方法操作方便,测量过程稳定,重复性强,数据精度高.并对新的实验结果进行准确分析,澄清了有关文献中错误的概念.     

酒精杂质对水的表面张力系数的影响

利用毛细管测量液体的表面张力系数α是一个重要的物理实验,它是根据毛细现象,利用公式α=ρghR/2来测量的,式中的ρ为被测液体的密度,g为重力加速度,h为液体在毛细管中上升的高度,R为毛细管的半径.此实验经常用水和酒精两种液体来做.在做这个实验的过程中发现水中混入少量的酒精杂质会对水的表面张力系数的测量结果产生很大的影响.为此,笔者专门对酒精杂质的影响进行了研究,介绍于下.     

液体表面张力系数测量的分析

针对学生在利用FD-NST-I型液体表面张力系数测定仪测量液体表面张力系数时,对何时读取数字电压表的示数存在争议,通过对吊环离开液面后液膜拉脱过程的5个阶段的受力分析、液膜拉脱过程的数学讨论以及微观解释三个方面对该实验数据的最佳读取时刻进行分析讨论以及对实验数据的对比分析,得出在测量时应该读取的是数字电压表在吊环拉脱液膜过程中的最大值。     

基于NI myDAQ数据采集器的表面张力系数测量系统

基于NI myDAQ数据采集器、应变式力传感器和位移传感器,用LabVIEW设计和制作了拉脱法测液体表面张力系数的实验系统,该系统可完整定量地记录液面拉破前后液面高度和液体表面张力的变化过程,液面高度测量精度达到0.01mm,表面张力测量精度达到10-5 N.用该系统测量了水、乙醇及其混合液体的表面张力系数,发现随着乙醇体积分数的增加,表面张力系数呈非线性递减,且液膜可拉伸长度也非线性减小.     

一种测量液膜高度的方法

给出一种测量液膜高度的新方法,利用此方法测定液体表面张力系数时发现,计算液膜重量时,液膜厚度不能用金属丝直径代替,否则液体表面张力系数会出现负值。     

对FD-NST-I型液体表面张力系数测量仪的改进

根据吊环法测量液体表面张力系数实验原理,针对现有的FD-NST-1型液体表面张力系数测量仪的不足进行改进.另外在仪器上增加样品加热装置,可以对不同温度下的液体表面张力系数进行测量.通过实验对比得出:改进后的实验装置操作方便、实验误差小,重复性好.     

基于PASCO物理实验平台的液体表面张力系数测量

现有的拉脱法测量液体表面张力系数的实验中存在人为选取液膜拉断点等影响测量结果的弊端.本文利用PASCO实验平台搭建了一套能够实现高频率拉力测量及采集的实验装置.利用该实验装置,首先系统地测量了金属环所受拉力,然后分析了金属环出水过程中界面张力、浮力的变化,再现了这一过程的物理图像.对测量得到的数据进行拟合,得到了水在空气中的表面张力系数值为0.0705 N/m,与表面张力系数标准值相差2.7%.     

不同泥沙含量河水的表面张力系数测定

表面张力系数的测量方法有很多，其中拉脱法是简单有效的一种，本实验基于拉脱法通过改变河水泥沙含量、温度进行表面张力系数测量，以探究泥沙含量、温度的变化是否会对液体表面张力系数的测量值造成影响，并对比分析在澄清和悬浊状态下河水表面张力系数的变化情况。通过对实验结果分析可知，液体表面张力测量值与泥沙含量、温度变化有关，河水在悬浊状态下的表面张力系数整体上大于澄清状态下的表面张力系数。     

液体表面张力系数的实验研究

改变液体的浓度可以调控液体的表面张力系数,各种形状膜架的挂膜时间与液体表面张力系数存在着一定的关系,本文对于这两个方面进行了实验研究,得出了相应的结果.此外,溶液的温度和空气的流动对挂膜时间都会产生影响.     

表面张力的定性定量分析

通过自制实验装置演示镜子起雾现象证明了液体表面张力的存在,同时也证明了表面活性剂对表面张力的大小存在影响.对于表面张力系数的测量,该实验定量装置提出了基于大气压强原理测量液体表面张力系数的新方法.实验发现,该实验定性定量装置具有精度更高、成本更低、可操作性更强等优点.     

最大气泡压力法测液体表面张力系数的改进

对最大气泡压力法测定液体表面张力系数的实验原理、方法及仪器进行了研究,提出用螺旋活塞定量加压控制气泡的生成速度;用扩散硅气体压力传感器测量压强,测得值数字显示;用双毛细管制作实验探头,消除了毛细管插入液体一定深度产生的静压强及待测液体密度等对计算液体表面张力系数的影响,提高了液体表面张力系数的测量速度和精度.     

极大值法测量表面张力系数

测量金属薄片从液体中拉出过程中液膜高度和拉力的关系,分析其产生的原因,给出液体表面张力系数的准确测量方案.     

液体表面张力系数测试仪的研制

介绍一种测定液体表面张力的自制简易装置,可以测量不同物质、不同浓度液体的表面张力系数。仪器制作取材方便,安装调试简单,尤其是改进了常规液膜"拉脱"方法(焦利秤、扭秤和螺旋升降台),使得自组表面张力系数测试仪精度高,稳定性好。     

用吊环和∏型金属框拉膜测量液体表面张力系数的讨论

为了讨论拉脱法测量液体表面张力时用吊环和用∏型金属框拉膜的测量结果,在不同温度下分别对纯净水、乙醇和甘油三种常见液体的表面张力系数进行了测量,得出了吊环和∏型金属框各有优点,但用吊环测量的数据稳定性要优于∏型金属框。     

液体表面张力测定( 拉脱法)的误差分析与修正

拉脱法是测量液体表面张力最常见的一种方法, 此方法具有现象直观, 实验原理易被学生接受, 仪器简 单等优点. 但在大学物理实验教学中忽略金属丝框所受的浮力和水膜所受的重力对测量公式进行了简化, 给测定结 果带来了误差. 从误差分析的角度对拉脱法测定液体表面张力系数公式进行了分析与修正, 得出了相关结论     

液体表面张力系数实验装置的改进

对现有吊环法液体表面张力系数测量仪的水平调节装置、吊环升降装置存在的不足进行了改进,在原有仪器上增加了液体加热装置,以便对不同温度下的液体表面张力系数进行测量,实验说明新的实验装置更加科学合理.通过实验对比得出:新的实验装置操作方便、实验误差小、重复性好,有推广价值.     

液体表面张力系数测量装置的改进

对用力敏传感器测量液体表面张力系数仪器进行研究,重新设计了吊环,便于吊环的水平调节,对待侧液体表面均匀下降的方法和实验装置做了重新设计,减小了实验误差,同时增加了待测液体的变温控制,能够精确测量液体表面张力系数与温度的关系,扩充了实验内容.     

拉脱法测量液体表面张力系数的新方法——实验最优点的选取

在拉脱法测量液体表面张力系数实验中测量误差通常较大,且对于读数点的选择在理论层面上并没有明确解释.本文在原有实验基础上改进了仪器,对新的实验结果进行了准确分析,提出了对于如何取实验最优点以准确测量液体表面张力系数的新看法,并阐述了其准确性及应用价值.