液體表面漲力系數(shù)測量實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思考

徐斌等

液體表面漲力系數(shù)測量是一個非常精細(xì)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)操作過程要求相當(dāng)高。因此，實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響很大，此外現(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法也不太合理，急需改進(jìn)。本文結(jié)合傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法，對傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法（彈簧伸長量的計(jì)算）加以改進(jìn)。

一、實(shí)驗(yàn)原理

如果一剛片從液體中垂直拉出，如圖所示，剛體與液體間形成如下圖所示形狀。

二、焦利稱的操作

為了得到更為準(zhǔn)確的測量結(jié)果，焦利稱的熟練操作是關(guān)鍵。特別是在水膜形成過程中，既要保證水膜不提前破裂，又要保證三線對齊。操作難度較大，學(xué)生很難掌握。

三線對齊的操作。在拉水膜過程中必須時刻保證三線對齊，因此雙手和眼的觀察必須要很好的配合，即一只手負(fù)責(zé)燒杯下降，讓水膜慢慢形成導(dǎo)致彈簧伸長，平面鏡的刻度有向下移動的趨勢，為了保證三線對齊，必須用另外一只手條件彈簧升降旋鈕，讓彈簧下端的平面鏡刻度線有向上移動的趨勢，只有這樣才能時刻保證三線對齊。

三、彈簧伸長量L2-L1的測量

該實(shí)驗(yàn)步驟是本次實(shí)驗(yàn)成功與否和結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。其巧妙之處在于使用“三線對齊法”測量水膜從形成倒破裂過程中焦利秤彈簧形變量，解決了由于彈簧上端拉動而測量相對形變的問題。在整個拉水膜過程一直保持下端“三線對齊”， 而且玻璃掛鉤必須豎直懸掛在玻璃圓筒中央，避免拉水膜過程中的額外阻力。此外玻璃罩中的鏡子易碰到內(nèi)壁，容易引起金屬絲框和液面的振動而使液膜提前破裂，造成較大誤差，因此在拉水膜過程中要求動作要輕，盡可能的讓水膜充分伸展開來，使其拉力達(dá)到最大值。但是實(shí)際操作過程中，任何一個細(xì)微的意外都可能導(dǎo)致水膜提前破裂，從而使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。為了避免實(shí)驗(yàn)操作的不正當(dāng)性和不可克服的客觀原因，只能通過多次測量來減小實(shí)驗(yàn)誤差。

其具體步驟如下：

1.將裝有水的玻璃燒杯放在平臺上，調(diào)節(jié)焦利稱G旋鈕，使金屬框浸入水中，并且可能的使金屬框上表面與水面保持平行，同時保證三線對齊。

2.用一只手調(diào)節(jié)G旋鈕使彈簧緩慢上升，同時用另外一只手慢慢旋轉(zhuǎn)G旋鈕使燒杯緩緩下降。在此過程中要求盡可能的保持三線對齊。當(dāng)金屬框剛好離開水面時，記下此時F旋鈕的位置F1，繼續(xù)轉(zhuǎn)動G和F，直到水膜破裂為止，保證水膜破裂前一瞬間三線對齊，記下此時F旋鈕的位置F2，同時記下此時焦利稱的示數(shù)L1。

3.將金屬框取下，擦出粘附在框上的水，重新掛上去，調(diào)價(jià)G旋鈕直至三線對齊，記下此時焦利稱的示數(shù)L2。

4.重復(fù)上述步驟，多次測量。

5.其他實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量，如水膜的長度、寬和高。

四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

通常情況，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，采取多次測量取平均值的方法來減小實(shí)驗(yàn)誤差。但是在本次實(shí)驗(yàn)中，采用多次測量取平均值減小誤差的方法是不正確的。對于實(shí)驗(yàn)在拉水膜的過程中，水膜只可能提前破裂，也就是說在操作和讀數(shù)正確的情況下，彈簧伸長量L2-L1的測量結(jié)果只可能小于真是結(jié)果，不會大于真實(shí)結(jié)果，因而多次測量取平均值的方法是錯誤的。結(jié)合該實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況，在保證操作和讀數(shù)正確的情況下，取測量結(jié)果的最大值即max（L2-L1）作為彈簧的伸長量來計(jì)算液體表面漲力系數(shù)更接近真實(shí)結(jié)果。

五、小結(jié)

從對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的分析中可以看出，在精度要求不高的情況下可以忽略水膜的重量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，但在實(shí)驗(yàn)中不能忽略水的浮力對實(shí)驗(yàn)公式進(jìn)行簡化，這樣會給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來較大誤差。此外，在彈簧伸長量測量這一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時，應(yīng)該結(jié)合該實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況選取造作正確情況下的一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的最大值，而不是采用的多次測量取平均值的方法，這事本文的一個創(chuàng)新之處。

參考文獻(xiàn)：

[1]邵建新.用焦利秤測液體表面張力系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量公式的研究[J].物理與工程，2005，22（6）：34-37.endprint

液體表面漲力系數(shù)測量是一個非常精細(xì)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)操作過程要求相當(dāng)高。因此，實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響很大，此外現(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法也不太合理，急需改進(jìn)。本文結(jié)合傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法，對傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法（彈簧伸長量的計(jì)算）加以改進(jìn)。

一、實(shí)驗(yàn)原理

如果一剛片從液體中垂直拉出，如圖所示，剛體與液體間形成如下圖所示形狀。

二、焦利稱的操作

為了得到更為準(zhǔn)確的測量結(jié)果，焦利稱的熟練操作是關(guān)鍵。特別是在水膜形成過程中，既要保證水膜不提前破裂，又要保證三線對齊。操作難度較大，學(xué)生很難掌握。

三線對齊的操作。在拉水膜過程中必須時刻保證三線對齊，因此雙手和眼的觀察必須要很好的配合，即一只手負(fù)責(zé)燒杯下降，讓水膜慢慢形成導(dǎo)致彈簧伸長，平面鏡的刻度有向下移動的趨勢，為了保證三線對齊，必須用另外一只手條件彈簧升降旋鈕，讓彈簧下端的平面鏡刻度線有向上移動的趨勢，只有這樣才能時刻保證三線對齊。

三、彈簧伸長量L2-L1的測量

該實(shí)驗(yàn)步驟是本次實(shí)驗(yàn)成功與否和結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。其巧妙之處在于使用“三線對齊法”測量水膜從形成倒破裂過程中焦利秤彈簧形變量，解決了由于彈簧上端拉動而測量相對形變的問題。在整個拉水膜過程一直保持下端“三線對齊”， 而且玻璃掛鉤必須豎直懸掛在玻璃圓筒中央，避免拉水膜過程中的額外阻力。此外玻璃罩中的鏡子易碰到內(nèi)壁，容易引起金屬絲框和液面的振動而使液膜提前破裂，造成較大誤差，因此在拉水膜過程中要求動作要輕，盡可能的讓水膜充分伸展開來，使其拉力達(dá)到最大值。但是實(shí)際操作過程中，任何一個細(xì)微的意外都可能導(dǎo)致水膜提前破裂，從而使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。為了避免實(shí)驗(yàn)操作的不正當(dāng)性和不可克服的客觀原因，只能通過多次測量來減小實(shí)驗(yàn)誤差。

其具體步驟如下：

1.將裝有水的玻璃燒杯放在平臺上，調(diào)節(jié)焦利稱G旋鈕，使金屬框浸入水中，并且可能的使金屬框上表面與水面保持平行，同時保證三線對齊。

2.用一只手調(diào)節(jié)G旋鈕使彈簧緩慢上升，同時用另外一只手慢慢旋轉(zhuǎn)G旋鈕使燒杯緩緩下降。在此過程中要求盡可能的保持三線對齊。當(dāng)金屬框剛好離開水面時，記下此時F旋鈕的位置F1，繼續(xù)轉(zhuǎn)動G和F，直到水膜破裂為止，保證水膜破裂前一瞬間三線對齊，記下此時F旋鈕的位置F2，同時記下此時焦利稱的示數(shù)L1。

3.將金屬框取下，擦出粘附在框上的水，重新掛上去，調(diào)價(jià)G旋鈕直至三線對齊，記下此時焦利稱的示數(shù)L2。

4.重復(fù)上述步驟，多次測量。

5.其他實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量，如水膜的長度、寬和高。

四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

通常情況，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，采取多次測量取平均值的方法來減小實(shí)驗(yàn)誤差。但是在本次實(shí)驗(yàn)中，采用多次測量取平均值減小誤差的方法是不正確的。對于實(shí)驗(yàn)在拉水膜的過程中，水膜只可能提前破裂，也就是說在操作和讀數(shù)正確的情況下，彈簧伸長量L2-L1的測量結(jié)果只可能小于真是結(jié)果，不會大于真實(shí)結(jié)果，因而多次測量取平均值的方法是錯誤的。結(jié)合該實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況，在保證操作和讀數(shù)正確的情況下，取測量結(jié)果的最大值即max（L2-L1）作為彈簧的伸長量來計(jì)算液體表面漲力系數(shù)更接近真實(shí)結(jié)果。

五、小結(jié)

從對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的分析中可以看出，在精度要求不高的情況下可以忽略水膜的重量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，但在實(shí)驗(yàn)中不能忽略水的浮力對實(shí)驗(yàn)公式進(jìn)行簡化，這樣會給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來較大誤差。此外，在彈簧伸長量測量這一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時，應(yīng)該結(jié)合該實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況選取造作正確情況下的一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的最大值，而不是采用的多次測量取平均值的方法，這事本文的一個創(chuàng)新之處。

參考文獻(xiàn)：

[1]邵建新.用焦利秤測液體表面張力系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量公式的研究[J].物理與工程，2005，22（6）：34-37.endprint

液體表面漲力系數(shù)測量是一個非常精細(xì)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)操作過程要求相當(dāng)高。因此，實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響很大，此外現(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法也不太合理，急需改進(jìn)。本文結(jié)合傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法，對傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法（彈簧伸長量的計(jì)算）加以改進(jìn)。

一、實(shí)驗(yàn)原理

如果一剛片從液體中垂直拉出，如圖所示，剛體與液體間形成如下圖所示形狀。

二、焦利稱的操作

為了得到更為準(zhǔn)確的測量結(jié)果，焦利稱的熟練操作是關(guān)鍵。特別是在水膜形成過程中，既要保證水膜不提前破裂，又要保證三線對齊。操作難度較大，學(xué)生很難掌握。

三線對齊的操作。在拉水膜過程中必須時刻保證三線對齊，因此雙手和眼的觀察必須要很好的配合，即一只手負(fù)責(zé)燒杯下降，讓水膜慢慢形成導(dǎo)致彈簧伸長，平面鏡的刻度有向下移動的趨勢，為了保證三線對齊，必須用另外一只手條件彈簧升降旋鈕，讓彈簧下端的平面鏡刻度線有向上移動的趨勢，只有這樣才能時刻保證三線對齊。

三、彈簧伸長量L2-L1的測量

該實(shí)驗(yàn)步驟是本次實(shí)驗(yàn)成功與否和結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。其巧妙之處在于使用“三線對齊法”測量水膜從形成倒破裂過程中焦利秤彈簧形變量，解決了由于彈簧上端拉動而測量相對形變的問題。在整個拉水膜過程一直保持下端“三線對齊”， 而且玻璃掛鉤必須豎直懸掛在玻璃圓筒中央，避免拉水膜過程中的額外阻力。此外玻璃罩中的鏡子易碰到內(nèi)壁，容易引起金屬絲框和液面的振動而使液膜提前破裂，造成較大誤差，因此在拉水膜過程中要求動作要輕，盡可能的讓水膜充分伸展開來，使其拉力達(dá)到最大值。但是實(shí)際操作過程中，任何一個細(xì)微的意外都可能導(dǎo)致水膜提前破裂，從而使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。為了避免實(shí)驗(yàn)操作的不正當(dāng)性和不可克服的客觀原因，只能通過多次測量來減小實(shí)驗(yàn)誤差。

其具體步驟如下：

1.將裝有水的玻璃燒杯放在平臺上，調(diào)節(jié)焦利稱G旋鈕，使金屬框浸入水中，并且可能的使金屬框上表面與水面保持平行，同時保證三線對齊。

2.用一只手調(diào)節(jié)G旋鈕使彈簧緩慢上升，同時用另外一只手慢慢旋轉(zhuǎn)G旋鈕使燒杯緩緩下降。在此過程中要求盡可能的保持三線對齊。當(dāng)金屬框剛好離開水面時，記下此時F旋鈕的位置F1，繼續(xù)轉(zhuǎn)動G和F，直到水膜破裂為止，保證水膜破裂前一瞬間三線對齊，記下此時F旋鈕的位置F2，同時記下此時焦利稱的示數(shù)L1。

3.將金屬框取下，擦出粘附在框上的水，重新掛上去，調(diào)價(jià)G旋鈕直至三線對齊，記下此時焦利稱的示數(shù)L2。

4.重復(fù)上述步驟，多次測量。

5.其他實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量，如水膜的長度、寬和高。

四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

通常情況，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，采取多次測量取平均值的方法來減小實(shí)驗(yàn)誤差。但是在本次實(shí)驗(yàn)中，采用多次測量取平均值減小誤差的方法是不正確的。對于實(shí)驗(yàn)在拉水膜的過程中，水膜只可能提前破裂，也就是說在操作和讀數(shù)正確的情況下，彈簧伸長量L2-L1的測量結(jié)果只可能小于真是結(jié)果，不會大于真實(shí)結(jié)果，因而多次測量取平均值的方法是錯誤的。結(jié)合該實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況，在保證操作和讀數(shù)正確的情況下，取測量結(jié)果的最大值即max（L2-L1）作為彈簧的伸長量來計(jì)算液體表面漲力系數(shù)更接近真實(shí)結(jié)果。

五、小結(jié)

從對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響的分析中可以看出，在精度要求不高的情況下可以忽略水膜的重量對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，但在實(shí)驗(yàn)中不能忽略水的浮力對實(shí)驗(yàn)公式進(jìn)行簡化，這樣會給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來較大誤差。此外，在彈簧伸長量測量這一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時，應(yīng)該結(jié)合該實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況選取造作正確情況下的一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的最大值，而不是采用的多次測量取平均值的方法，這事本文的一個創(chuàng)新之處。

參考文獻(xiàn)：

[1]邵建新.用焦利秤測液體表面張力系數(shù)實(shí)驗(yàn)測量公式的研究[J].物理與工程，2005，22（6）：34-37.endprint