液体表面涨力系数测量实验教学的思考

徐斌等

液体表面涨力系数测量是一个非常精细的大学物理实验，对实验操作过程要求相当高。因此，实验操作的规范性对实验结果的影响很大，此外现行的实验数据处理方法也不太合理，急需改进。本文结合传统的实验数据处理方法，对传统的实验数据处理方法（弹簧伸长量的计算）加以改进。

一、实验原理

如果一刚片从液体中垂直拉出，如图所示，刚体与液体间形成如下图所示形状。

二、焦利称的操作

为了得到更为准确的测量结果，焦利称的熟练操作是关键。特别是在水膜形成过程中，既要保证水膜不提前破裂，又要保证三线对齐。操作难度较大，学生很难掌握。

三线对齐的操作。在拉水膜过程中必须时刻保证三线对齐，因此双手和眼的观察必须要很好的配合，即一只手负责烧杯下降，让水膜慢慢形成导致弹簧伸长，平面镜的刻度有向下移动的趋势，为了保证三线对齐，必须用另外一只手条件弹簧升降旋钮，让弹簧下端的平面镜刻度线有向上移动的趋势，只有这样才能时刻保证三线对齐。

三、弹簧伸长量L2-L1的测量

该实验步骤是本次实验成功与否和结果准确性的关键。其巧妙之处在于使用“三线对齐法”测量水膜从形成倒破裂过程中焦利秤弹簧形变量，解决了由于弹簧上端拉动而测量相对形变的问题。在整个拉水膜过程一直保持下端“三线对齐”， 而且玻璃挂钩必须竖直悬挂在玻璃圆筒中央，避免拉水膜过程中的额外阻力。此外玻璃罩中的镜子易碰到内壁，容易引起金属丝框和液面的振动而使液膜提前破裂，造成较大误差，因此在拉水膜过程中要求动作要轻，尽可能的让水膜充分伸展开来，使其拉力达到最大值。但是实际操作过程中，任何一个细微的意外都可能导致水膜提前破裂，从而使得实验结果不准确。为了避免实验操作的不正当性和不可克服的客观原因，只能通过多次测量来减小实验误差。

其具体步骤如下：

1.将装有水的玻璃烧杯放在平台上，调节焦利称G旋钮，使金属框浸入水中，并且可能的使金属框上表面与水面保持平行，同时保证三线对齐。

2.用一只手调节G旋钮使弹簧缓慢上升，同时用另外一只手慢慢旋转G旋钮使烧杯缓缓下降。在此过程中要求尽可能的保持三线对齐。当金属框刚好离开水面时，记下此时F旋钮的位置F1，继续转动G和F，直到水膜破裂为止，保证水膜破裂前一瞬间三线对齐，记下此时F旋钮的位置F2，同时记下此时焦利称的示数L1。

3.将金属框取下，擦出粘附在框上的水，重新挂上去，调价G旋钮直至三线对齐，记下此时焦利称的示数L2。

4.重复上述步骤，多次测量。

5.其他实验数据的测量，如水膜的长度、宽和高。

四、实验数据处理

通常情况，为了减小实验误差，采取多次测量取平均值的方法来减小实验误差。但是在本次实验中，采用多次测量取平均值减小误差的方法是不正确的。对于实验在拉水膜的过程中，水膜只可能提前破裂，也就是说在操作和读数正确的情况下，弹簧伸长量L2-L1的测量结果只可能小于真是结果，不会大于真实结果，因而多次测量取平均值的方法是错误的。结合该实验的实际情况，在保证操作和读数正确的情况下，取测量结果的最大值即max（L2-L1）作为弹簧的伸长量来计算液体表面涨力系数更接近真实结果。

五、小结

从对实验结果影响的分析中可以看出，在精度要求不高的情况下可以忽略水膜的重量对实验结果的影响，但在实验中不能忽略水的浮力对实验公式进行简化，这样会给实验结果带来较大误差。此外，在弹簧伸长量测量这一组实验数据处理时，应该结合该实验的实际情况选取造作正确情况下的一组实验数据中的最大值，而不是采用的多次测量取平均值的方法，这事本文的一个创新之处。

参考文献：

[1]邵建新.用焦利秤测液体表面张力系数实验测量公式的研究[J].物理与工程，2005，22（6）：34-37.endprint

液体表面涨力系数测量是一个非常精细的大学物理实验，对实验操作过程要求相当高。因此，实验操作的规范性对实验结果的影响很大，此外现行的实验数据处理方法也不太合理，急需改进。本文结合传统的实验数据处理方法，对传统的实验数据处理方法（弹簧伸长量的计算）加以改进。

一、实验原理

如果一刚片从液体中垂直拉出，如图所示，刚体与液体间形成如下图所示形状。

二、焦利称的操作

为了得到更为准确的测量结果，焦利称的熟练操作是关键。特别是在水膜形成过程中，既要保证水膜不提前破裂，又要保证三线对齐。操作难度较大，学生很难掌握。

三线对齐的操作。在拉水膜过程中必须时刻保证三线对齐，因此双手和眼的观察必须要很好的配合，即一只手负责烧杯下降，让水膜慢慢形成导致弹簧伸长，平面镜的刻度有向下移动的趋势，为了保证三线对齐，必须用另外一只手条件弹簧升降旋钮，让弹簧下端的平面镜刻度线有向上移动的趋势，只有这样才能时刻保证三线对齐。

三、弹簧伸长量L2-L1的测量

该实验步骤是本次实验成功与否和结果准确性的关键。其巧妙之处在于使用“三线对齐法”测量水膜从形成倒破裂过程中焦利秤弹簧形变量，解决了由于弹簧上端拉动而测量相对形变的问题。在整个拉水膜过程一直保持下端“三线对齐”， 而且玻璃挂钩必须竖直悬挂在玻璃圆筒中央，避免拉水膜过程中的额外阻力。此外玻璃罩中的镜子易碰到内壁，容易引起金属丝框和液面的振动而使液膜提前破裂，造成较大误差，因此在拉水膜过程中要求动作要轻，尽可能的让水膜充分伸展开来，使其拉力达到最大值。但是实际操作过程中，任何一个细微的意外都可能导致水膜提前破裂，从而使得实验结果不准确。为了避免实验操作的不正当性和不可克服的客观原因，只能通过多次测量来减小实验误差。

其具体步骤如下：

1.将装有水的玻璃烧杯放在平台上，调节焦利称G旋钮，使金属框浸入水中，并且可能的使金属框上表面与水面保持平行，同时保证三线对齐。

2.用一只手调节G旋钮使弹簧缓慢上升，同时用另外一只手慢慢旋转G旋钮使烧杯缓缓下降。在此过程中要求尽可能的保持三线对齐。当金属框刚好离开水面时，记下此时F旋钮的位置F1，继续转动G和F，直到水膜破裂为止，保证水膜破裂前一瞬间三线对齐，记下此时F旋钮的位置F2，同时记下此时焦利称的示数L1。

3.将金属框取下，擦出粘附在框上的水，重新挂上去，调价G旋钮直至三线对齐，记下此时焦利称的示数L2。

4.重复上述步骤，多次测量。

5.其他实验数据的测量，如水膜的长度、宽和高。

四、实验数据处理

通常情况，为了减小实验误差，采取多次测量取平均值的方法来减小实验误差。但是在本次实验中，采用多次测量取平均值减小误差的方法是不正确的。对于实验在拉水膜的过程中，水膜只可能提前破裂，也就是说在操作和读数正确的情况下，弹簧伸长量L2-L1的测量结果只可能小于真是结果，不会大于真实结果，因而多次测量取平均值的方法是错误的。结合该实验的实际情况，在保证操作和读数正确的情况下，取测量结果的最大值即max（L2-L1）作为弹簧的伸长量来计算液体表面涨力系数更接近真实结果。

五、小结

从对实验结果影响的分析中可以看出，在精度要求不高的情况下可以忽略水膜的重量对实验结果的影响，但在实验中不能忽略水的浮力对实验公式进行简化，这样会给实验结果带来较大误差。此外，在弹簧伸长量测量这一组实验数据处理时，应该结合该实验的实际情况选取造作正确情况下的一组实验数据中的最大值，而不是采用的多次测量取平均值的方法，这事本文的一个创新之处。

参考文献：

[1]邵建新.用焦利秤测液体表面张力系数实验测量公式的研究[J].物理与工程，2005，22（6）：34-37.endprint

液体表面涨力系数测量是一个非常精细的大学物理实验，对实验操作过程要求相当高。因此，实验操作的规范性对实验结果的影响很大，此外现行的实验数据处理方法也不太合理，急需改进。本文结合传统的实验数据处理方法，对传统的实验数据处理方法（弹簧伸长量的计算）加以改进。

一、实验原理

如果一刚片从液体中垂直拉出，如图所示，刚体与液体间形成如下图所示形状。

二、焦利称的操作

为了得到更为准确的测量结果，焦利称的熟练操作是关键。特别是在水膜形成过程中，既要保证水膜不提前破裂，又要保证三线对齐。操作难度较大，学生很难掌握。

三线对齐的操作。在拉水膜过程中必须时刻保证三线对齐，因此双手和眼的观察必须要很好的配合，即一只手负责烧杯下降，让水膜慢慢形成导致弹簧伸长，平面镜的刻度有向下移动的趋势，为了保证三线对齐，必须用另外一只手条件弹簧升降旋钮，让弹簧下端的平面镜刻度线有向上移动的趋势，只有这样才能时刻保证三线对齐。

三、弹簧伸长量L2-L1的测量

该实验步骤是本次实验成功与否和结果准确性的关键。其巧妙之处在于使用“三线对齐法”测量水膜从形成倒破裂过程中焦利秤弹簧形变量，解决了由于弹簧上端拉动而测量相对形变的问题。在整个拉水膜过程一直保持下端“三线对齐”， 而且玻璃挂钩必须竖直悬挂在玻璃圆筒中央，避免拉水膜过程中的额外阻力。此外玻璃罩中的镜子易碰到内壁，容易引起金属丝框和液面的振动而使液膜提前破裂，造成较大误差，因此在拉水膜过程中要求动作要轻，尽可能的让水膜充分伸展开来，使其拉力达到最大值。但是实际操作过程中，任何一个细微的意外都可能导致水膜提前破裂，从而使得实验结果不准确。为了避免实验操作的不正当性和不可克服的客观原因，只能通过多次测量来减小实验误差。

其具体步骤如下：

1.将装有水的玻璃烧杯放在平台上，调节焦利称G旋钮，使金属框浸入水中，并且可能的使金属框上表面与水面保持平行，同时保证三线对齐。

2.用一只手调节G旋钮使弹簧缓慢上升，同时用另外一只手慢慢旋转G旋钮使烧杯缓缓下降。在此过程中要求尽可能的保持三线对齐。当金属框刚好离开水面时，记下此时F旋钮的位置F1，继续转动G和F，直到水膜破裂为止，保证水膜破裂前一瞬间三线对齐，记下此时F旋钮的位置F2，同时记下此时焦利称的示数L1。

3.将金属框取下，擦出粘附在框上的水，重新挂上去，调价G旋钮直至三线对齐，记下此时焦利称的示数L2。

4.重复上述步骤，多次测量。

5.其他实验数据的测量，如水膜的长度、宽和高。

四、实验数据处理

通常情况，为了减小实验误差，采取多次测量取平均值的方法来减小实验误差。但是在本次实验中，采用多次测量取平均值减小误差的方法是不正确的。对于实验在拉水膜的过程中，水膜只可能提前破裂，也就是说在操作和读数正确的情况下，弹簧伸长量L2-L1的测量结果只可能小于真是结果，不会大于真实结果，因而多次测量取平均值的方法是错误的。结合该实验的实际情况，在保证操作和读数正确的情况下，取测量结果的最大值即max（L2-L1）作为弹簧的伸长量来计算液体表面涨力系数更接近真实结果。

五、小结

从对实验结果影响的分析中可以看出，在精度要求不高的情况下可以忽略水膜的重量对实验结果的影响，但在实验中不能忽略水的浮力对实验公式进行简化，这样会给实验结果带来较大误差。此外，在弹簧伸长量测量这一组实验数据处理时，应该结合该实验的实际情况选取造作正确情况下的一组实验数据中的最大值，而不是采用的多次测量取平均值的方法，这事本文的一个创新之处。

参考文献：

[1]邵建新.用焦利秤测液体表面张力系数实验测量公式的研究[J].物理与工程，2005，22（6）：34-37.endprint