水面张力实验

第一篇:《神奇的水面张力实验》

神奇的水面张力实验

早在三年级的时候，科学老师万老师就曾问过我们：“如果有一个装满水的杯子，向里面放硬币，在水溢出来之前最多能放多少枚？”那一次，我并没有把这个问题放在心上。今天我在阅读《科学大众》时又看到了这个问题，突然来了兴致，决定研究研究。

实验前，我做了充分的准备：让妈妈去银行帮我兑换了一百元五角的硬币，然后取来一个装满水的玻璃杯。准备就绪，我便和妈妈一起开始动手实验。

妈妈让我先猜一猜最多能在盛满水的杯子里放多少枚硬币。打量着水杯，思量了一下说：“最多二十个。”说完，我就开始往杯中投放硬币：“一枚，两枚，三枚……”眼见着一枚枚金光闪闪的硬币像青蛙一样“扑通、扑通”地划进水里，我的心也随着“咚咚”直跳，看那水面在晃悠一下后恢复原状，我真不敢相信自己的眼睛。“二十”、“二十一”。哇！居然超过了我的预想数。我紧盯着水面，看着杯口的水越来越饱满，心也提到了嗓子眼。我小心翼翼地继续往里放…… “三十二，成功！”我大喊一声，又长长地舒了一口气。“再放一枚，三十……”，还没有等我数出声，只见水面裂开了一道口子，水顺着这道小口子流了出来。

妈妈宣告实验结束。可我并不罢手，我反问自己：是不是所有的容器都只能放三十来枚硬币呢？强烈的好奇心驱使我再做一次实验。

我拿来一只大碗装满水，开始了新的实验。这次，我让妈妈来猜能放多少枚硬币。妈妈认为还是三十几枚，原本在一旁玩电脑的老爸也忍不住加入竞猜，他说最多可以放五十枚。但我认为碗比杯子大多了，应该可以多放一些。所以我猜可以放八十枚。

“竞猜完毕，见证奇迹的时刻到了！”我学着魔术师——刘谦的样子边说边摆了一个P0SE。随后，我开始兴致勃勃地边放边数。当放到第三十枚时，水面依然纹丝不动，妈妈竞猜失败。四十枚……四十五枚……五十枚放进去了，水面凸了起来，似乎高出了两毫米，但却没有一点要破裂流出来的迹象，爸爸竞猜也失败了。我得意极了，蹲下身，挽起袖口，擦了擦手心里的汗。这次，我特意把硬币竖起来，顺着碗边，更加小心翼翼地把硬币放进碗中。不知不觉，我已经放进去八十枚硬币啦！我们一家三口，睁大了六只眼睛，紧紧盯着水面。房间的空气似乎都凝固了，我能清楚地感觉到我的心在剧烈地跳动。“八十一”、“八十二”、“八十三”……直到八十七枚，水面终于破裂溢出水来。

这是为什么呢？我们到网上去寻找答案。原来，这种现象就是“水面张力。” 水面张力就是水表面的水分子紧紧地靠在一起，有一种相互吸引的力。当这些硬币的质量超过了水面张力所能承受的极限时，水就会溢出来。而向容器里投放硬币的个数，是由容器口的大小决定的。哦，原来是这样啊！真是不可思议！

通过这个实验，我懂得了这个神奇的现象下面隐藏的科学知识——水面张力。我以后还要多动手实践，多思考，了解更多的科学知识。

第二篇:《实验 液体的表面张力》

实验 液体表面张力

实验目的

1、认识与液体表面张力有关的现象。

2、能够用表面张力解释日常生活中的实例。

设计过程

2、实验二：回形针浮在水面上。

利用纸巾，让回形针浮在水面上。先在水槽内平缓的放一张纸巾，纸巾平衡的浮在水面上，然后把回形针放在纸巾上。过了一会，纸巾就沉到杯底了，而密度比水大的回形针居然浮在了水面上。观察回形针浮在水面上时，它四周的水面有什么特殊之处？回形针周围的水面是否向下凹。

以上两个实验说明：液体的表面会形成一张有弹性的膜，液面对物体有向上的力的作用，液面有收缩的趋势，液体表面存在张力。液体表面为什么会有这些性质呢？下面我们将从液体的微观结构进行分析。

思考问题:

1、2007年11月23日，英国伦敦博物馆，被称为泡泡人的Samsam，用一个巨大的肥皂泡将50名学生罩起来，打破了一个吉尼斯记录。怎样吹出超级肥皂泡？

我们用普通方法配制的肥皂液，很难吹出大肥皂泡。这里教你一招：用小刀把香皂切成小薄片，放入杯子里，加热水搅拌溶化，再加入少许砂糖并放入一包茶，盖上盖子放一夜。明天，你就可以用这种皂液吹出超级肥皂泡了，还能把这些泡泡捧在手上玩呢！（因为含有

糖和茶液的肥皂膜，表面张力大大增强了，所以不易破裂。）

2、利用清洁剂减小水的表面张力，如此可使水较容易扩散在油脂表面，使清洁工作更顺利进行。

3、运用于不粘锅厨具，在厨具上涂抹表面张力比水小的物质，所以当水洒在厨具表面上时，水会形成滴状，可以在厨具的表面上滑来滑去，以达到不粘锅的目的。

4、汽车玻璃、游泳眼镜可以涂抹一些降低表面张力的物质，水珠就会散成一片片的，不会形成水珠状，我们的视线也就不容易被挡住了。

5、为什么叶子上面的水珠是球形状？为什么蜥蜴能在水上行走，蛛网上的水珠为什么是球形？

第三篇:《有关表面张力的几个小实验》

有关表面张力的几个小实验

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（1）水面浮针或浮硬币：由于它们经常和手接触，所以针和硬币表面有一层油脂，使水对它们不浸润。如果再用油脂涂一下更易成功。漂浮硬币时可以不用纸去托，轻轻地向水面上平放即可。

课本上的“缝衣针浮在水面上”的小实验，比较难做，可以让学生先做浮硬币的实验（用5分硬币比较容易成功）． 做浮针实验时可以用一小块餐巾纸托住钢针放入水面，餐巾纸吸水后下沉，钢针就能浮于水面。

（2）肥皂水膜的表面收缩到最小：用金属丝制成图③所示的框架，浸入肥皂水中，提出后可看到图中的活动细金属丝AB被肥皂水膜的表面张力拉着而向上运动，需加一定拉力，AB才能静止平衡。

（3）水超过杯口不溢：向饮水用的玻璃杯中小心地注满水，使水面恰好与杯口相平，注意杯口原来应当是干燥的。然后把大头针或小钉逐个地放入水杯中，要从水面的中间投放，尽量减轻水面的扰动。可以看到水面逐渐凸起高于杯口但不溢出，以此说明水的表面张力的作用。

（4）表面活性剂能改变水的表面张力：在水盆中央漂浮几根火柴棍，排成图④所示的形状。然后向它们中间A处的水面上滴一些肥皂水或洗衣粉溶液或洗净剂等这类表面活性剂，就会看到火柴棍迅速向四周散开。这说明表面活性剂使A处水面的张力变小了，外面四周的水面收缩而使火柴棍移动。

（5）失重的油滴

水银滴在失重状态下，由于表面张力的作用呈球形，这个现象可以用悬浮状态下的油滴来模拟说明。往小酒杯内倒入约半杯酒精（或高度白酒），再加少量水并搅匀。滴管吸入半管食用油，伸入酒精溶液中，将油一次挤出。如果油滴成偏球形且沉于杯底，可向杯中加少量水使溶液密度变大，并用火柴梗轻轻搅动偏球形油滴的四周（不要使油滴分裂成许多小滴），与此同时可以看到偏球形油滴上浮，最后呈球形悬浮在溶液中。这说明在消除重力对油滴的影响后，仅在表面张力的作用下，油滴呈球形，如图5所示。

第四篇:《最大气泡法测表面张力实验报告》

最大气泡法测定溶液的表面张力

【实验目的】

1、掌握最大泡压法测定表面张力的原理，了解影响表面张力测定的因素。

2、了解弯曲液面下产生附加压力的本质，熟悉拉普拉斯方程，吉布斯吸附等温式，了解兰格缪尔单分子层吸附公式的应用。

3、测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算饱和吸附量, 由表面张力的实验数据求正丁醇分子的截面积及吸附层的厚度。

【实验原理】

1、表面张力的产生

纯液体和其蒸气组成的体系体相分子：自由移动不消耗功。表面分子：液体有自动收缩表面而呈球形的趋势。要使液体表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功以增加分子位能。所以分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能。{水面张力实验}.

W=A

如果ΔA为1m2，则-W′=σ是在恒温恒压下形成1m2新表面所需的可逆功，所以σ称为比表面吉布斯自由能，其单位为J·m-2。也可将σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，称为表面张力，其单位是N·m-1。液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。

2、弯曲液面下的附加压力

（1）在任何两相界面处都存在表面张力。表面张力的方向是与界面相切，垂直作用于某一边界，方向指向使表面积缩小的一侧。

（2）液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。

（3）液体的表面张力与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。 （4）由于表面张力的存在，产生很多特殊界面现象。 3、毛细现象

（1）由于表面张力的作用，弯曲表面下的液体或气体与在平面下情况不同，前者受到附加的压力。

（2）如果液面是水平的，则表面张力也是水平的，平衡时，沿周界的表面张力互相抵消，

此时液体表面内外压力相等，且等于表面上的外压力Po。

（3）若液面是弯曲的，平衡时表面张力将产生一合力Ps，而使弯曲液面下的液体所受实际压力与Po不同。

（4）当液面为凹形时，合力指向液体外部，液面下的液体受到的实际压力为 P' = Po - Ps 。 （5）当液面为凸形时，合力指向液体内部，液面下的液体受到的实际压力为 P' = Po + Ps 。 （6）这一合力PS，即为弯曲表面受到的附加压力，附加压力的方向总是指向曲率中心。 （7）附加压力与表面张力的关系用拉普拉斯方程表示：PS=2σ/ R式中σ为表面张力，R为弯曲表面的曲率半径，该公式是拉普拉斯方程的特殊式，适用于当弯曲表面刚好为半球形的情况。

4、最大泡压法测定溶液的表面张力

毛细现象则是弯曲液面下具有附加压力的直接结果。假设溶液在毛细管表面完全润湿，且液面为半球形，则由拉普拉斯方程以及毛细管中升高（或降低）的液柱高度所产生的压力 P =  g h，通过测量液柱高度即可求出液体的表面张力。这就是毛细管上升法测定溶液表面张力的原理。此方法要求管壁能被液体完全润湿，且液面呈半球形。 5、溶液中的表面吸附

(1) 实际上，最大泡压法测定溶液的表面张力是毛细管上升法的一个逆过程。将待测表面张力的液体装于表面张力仪中，使毛细管的端面与液面相切，由于毛细现象液面即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活塞缓缓抽气，系统减压，毛细管内液面上受到一个比表面张力仪瓶中液面上（即系统）大的压力，当此压力差——附加压力(Δp ＝ p大气 － p系统) 在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口脱出，此附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为拉普拉斯公式：ΔP=2σ/ R (2) 如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大；随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时曲率半径R和毛细管半径r相等，曲率半径达最小值，根据上式这时附加压力达最大值，气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。根据上式，R ＝ r时的最大附加压力为：

p最大=

2rr

或p最大gh最大 r22

(3) 对于同一套表面张力仪，毛细管半径r，测压液体密度、重力加速度都为定值，因此为

了数据处理方便，将上述因子放在一起，用仪器常数K来表示，上式简化为：

Kh最大

式中的仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得，通常用纯水来标定。 6、溶液中的表面吸附-吸附现象的发生

在定温下纯液体的表面张力为定值，只能依靠缩小表面积来降低自身的能量。通常见到小露珠为球形，为什么？而对于溶液，既可以改变其表面张力，也可以减小其面积来降低溶液表面的能量。通常以降低溶液表面张力的方法来降低溶液表面的能量。当加入某种溶质形成溶液时，表面张力发生变化，其变化的大小决定于溶质的性质和加入量的多少。根据能量最低原理，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度低，这种表面浓度与内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度之间的关系遵守吉布斯(Gibbs)吸附方程：

= -Cd）T RTdC

式中，Г为溶质在表层的吸附量；σ为表面张力；C为吸附达到平衡时溶质在溶液中的浓度。 G > 0，正吸附,溶液表面张力降低：表面活性物质。G< 0，负吸附, 溶液表面张力升高: 非表面活性物质浓度达一定值，溶液界面形成饱和单分子层吸附 7、吸附量的计算 （1）、当界面上被吸附分子的浓度增大时，它的排列方式在改变着，最后，当浓度足够大时，被吸附分子盖住了所有界面的位置，形成饱和吸附层。这样的吸附层是单分子层，随着表面活性物质的分子在界面上愈益紧密排列，则此界面的表面张力也就逐渐减小。 （2）、以表面张力对浓度作图，可得到σ-C曲线。开始时σ随浓度增加而迅速下降，以后的变化比较缓慢。在σ-C曲线上任选一点a作切线，得到在该浓度点的斜率经，代入吉布斯吸附等温式，得到该浓度时的表面超量（吸附量），同理，可以得到其它浓度下对应的表面吸附量，以不同的浓度对其相应的Г可作出曲线，Г ＝ f（C)称为吸附等温线。

8、被吸附分子截面积计算 （1）、饱和吸附量Г∞：对于正丁醇的吸附等温线，满足随浓度增加，吸附量开始显着增加，到一定浓度时，吸附量达到饱和，因此可以从吸附等温线得到正丁醇的饱和吸附量Г∞。 （2）、也可以假定正丁醇在水溶液表面满足单分子层吸附。根据朗格谬尔(Langmuir)公式：

=

kC

1kC

Г∞为饱和吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的Г，

CkC+1C1

==

kk

以C/Г对C作图，得一直线，该直线的斜率为1/Г∞ 。被吸附分子的截面积：So = 1 / (Г∞N) ( N为阿佛加得罗常数)。吸附层厚度：

=

溶质的密度ρ，分子量M 三、仪器与试剂

最大泡压法表面张力仪1套； 吸耳球1个；

移液管(50mL，1支、1mL，1支)； 烧杯(500mL，1只)； 温度计1支。

正丁醇(A.R.)；蒸馏水。

M



四、实验步骤

（1) 仪器准备与检漏

将表面张力仪容器和毛细管洗净、烘干。在恒温条件下将一定量蒸馏水注入表面张力仪中，调节液面，使毛细管口恰好与液面相切。打开抽气瓶活塞，使体系内的压力降低，当U型管测压计两端液面出现一定高度差时，关闭抽气瓶活塞，若2～3min内，压差计的压差不变，则说明体系不漏气，可以进行实验。 （2）仪器常数的测量

打开抽气瓶活塞，调节抽气速度，使气泡由毛细管尖端成单泡逸出，且每个气泡形成的时间约为5 ～ 10 s。当气泡刚脱离管端的一瞬间，压差计显示最大压差时，记录最大压力差，连续读取三次，取其平均值。再由手册中，查出实验温度时，水的表面张力σ，则仪器常数

K=

水

h最大

（3）表面张力随溶液浓度变化的测定

用移液管分别移取0.0500mL，0.150mL，0.300mL，0.600mL，0.900mL，1.50mL，2.50mL，3.50mL，4.50mL正丁醇，移入9个50mL的容量瓶，配制成一定浓度的正丁醇溶液。然后由稀到浓依次移取一定量的正丁醇溶液，按照步骤2所述，置于表面张力仪中测定某浓度下正丁醇溶液的表面张力。随着正丁醇浓度的增加，测得的表面张力几乎不再随浓度发生变化。

五、数据记录与处理

① 计算仪器常数K和不同浓度正丁醇溶液的表面张力σ，绘制σ - C等温线。 温度t=25.5℃ Δh最大=0.0695m σK=σ

水÷Δ

水=71.82

×10-3N/m

h最大=(71.82 ×10-3÷0.0695) N/m2=1.0334×10-2 N/m2

正丁醇的密度ρ=0.8097g/mL,相对分子质量M=74.12g/mol 由σ=K×Δh最大 和c=ρV/（50×10-3L•M）进行计算： 利用仪器常数K可计算不同浓度正丁醇溶液的表面张力为：

V/mL

0.050 0.150 0.300 0.600 0.900 1.500 2.500 3.500 4.500

（mol/L) C

0.0109 0.0328 0.0657 0.1311 0.1967 0.3278 0.5464 0.7650 0.9835

Δh1(cm) Δh2(cm) Δh3(cm) Δh平均值（cm)

6.85 6.49 5.75 5.08 4.50 4.03 3.90 3.43 3.06 6.80 6.50 5.70 5.10 4.60 3.96 3.80 3.44 3.00 6.84 6.45 5.72 5.15 4.55 3.99 3.83 3.40 3.03 6.83 6.48 5.72 5.11 4.55 3.99 3.84 3.42 3.03

图3 σ-c等温线图

② 根据吉布斯吸附等温式，求出Г，C/Г。 根据公式

Гr= -

Cd

）T RTdC

第五篇:《最大泡压法测定溶液的表面张力实验报告》

2012年 02 月 21 日 总评： 姓名： 学校： 陕西师范大学 年级： 2010级 专业： 材料化学 室温： 10.0℃ 大气压: 100kpa

一、实验名称：最大泡压法测定溶液的表面张力 二、实验目的：

（1）了解表面自由能、表面张力的意义及表面张力与吸附的关系；

（2）通过测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算吉布斯表面吸附量和乙醇分子

的横截面积，掌握气泡最大压力