Bài 40: Thực hành : Xác định hệ số căng bề mặt của chất lỏng
I. Mục đích
(SGK trang 216 Vật Lí 10) II. Dụng cụ thí nghiệm (SGK trang 216 Vật Lí 10) III. Cơ sở lí thuyết
(SGK trang 216 Vật Lí 10) IV. Giới thiệu dụng cụ đo (SGK trang 217 Vật Lí 10) V. Trình tự thí nghiệm (SGK trang 219 Vật Lí 10)
BÁO CÁO THỰC HÀNH
Họ và tên:...Lớp:...; Ngày:...
Tên bài thực hành:
1. Trả lời câu hỏi (trang 221 Vật Lí 10)
a) Nêu ví dụ về hiện tượng dính ướt và hiện tượng không dính ướt của chất lỏng ? Trả lời:
- Hiện tượng dính ướt: Vì thủy tinh bị nước dính ướt, nên giọt nước nhỏ trên mặt bản thủy tinh lan rộng thành một hình có dạng bất kì.
- Hiện tượng không dính ướt: thủy tinh không bị thủy ngân dính ướt, nên giọt thủy ngân nhỏ trên mặt bản thủy tinh vo tròn lại và bị dẹt xuống do tác dụng của trọng lực.
b) Lực căng bề mặt là gì? Nêu phương pháp dùng lực kế xác định lực căng bề mặt và xác định hệ số căng bề mặt? Viết công thức thực nghiệm xác định hệ sốcăng bề mặt theo phương pháp này ?
Trả lời:
- Lực căng bề mặt: là lực tác dụng lên một đoạn đường nhỏ bất kì trên bề mặt chất lỏng luôn có phương vuông góc với đoạn đường này và tiếp tuyến với bề mặt chất lỏng, có chiều làm giảm diện tích bề mặt chất lỏng và có độ lớn f tỉ lệ thuận với độ dài l của đoạn đường đó: f = σl.
σ là hệ số căng bề mặt (suất căng bề mặt), đơn vị N/m.
Giá trị của σ phụ thuộc vào nhiệt độ và bản chất của chất lỏng: σ giảm khi nhiệt độ tăng.
- Phương pháp xác định:
+ Nhúng đáy vòng chạm vào mặt chất lỏng, rồi kéo lên mặt thoáng. Khi đáy vòng vừa được nâng lên trên mặt thoáng, nó không bị bứt ngay ra khỏi chất lỏng: một màng chất lỏng xuất hiện, bám quanh chu vi ngoài và chu vi trong của vòng, có khuynh hướng kéo vòng vào chất lỏng. Lực Fc do màng chất lỏng tác dụng vào vòng đúng bằng tổng lực căng bề mặt của chất lỏng tác dụng lên chu vi ngoài và chu vi trong của vòng.
+ Do vòng bị chất lỏng dính ướt hoàn toàn, nên khi kéo vòng lên khỏi mặt thoáng và có một màng chất lỏng căng giữa đáy vòng và mặt thoáng, thì lực căng Fc có cùng phương chiều với trọng lực P của vòng. Giá trị lực F đo được trên lực kế bằng tổng của hai lực này:
F = Fc + P
Đo P và F ta xác định được lực căng bề mặt Fc tác dụng lên vòng.
- Công thức thực nghiệm xác định hệ số căng bề mặt:
c
1 2
F F P
L L (D d)
= = −
+ +
2. Kết quả Bảng 40.1
Độ chia nhỏ nhất của lực kế: 0,001N
Lần đo P (N) F (N) Fc = F – P (N) ΔFc (N)
1 0,047 0,061 0,014 0,001
2 0,046 0,061 0,015 0
3 0,046 0,062 0,016 0,001
4 0,047 0,062 0,015 0
5 0,046 0,060 0,014 0,001 Giá trị trung bình 0,0464 0,0612 0,0148 0,0006 Bảng 40.2
Độ chia nhỏ nhất của thước kẹp: 0,05mm
Lần đo D (mm) ΔD(mm) d (mm) Δd (mm)
1 51,5 0,16 50,03 0,004
2 51,6 0,06 50,02 0,006
3 51,78 0,12 50,03 0,004
4 51,7 0,04 50,02 0,006
5 51,7 0,04 50,03 0,004
Giá trị trung bình 51,66 0,08 50,03 0,005
a) Các kết quả tính được được ghi như trong bảng 40.1 và 40.2 b) Giá trị trung bình của hệ số căng bề mặt của nước:
Fc
(D d)
= +
3 3
0,0148
0,0463(N / m) 3,1412.(51,66.10 50,03.10 )
− −
= =
+ c) Tính sai số tỉ đối của phép đo:
c c
F D d
F D d
+
= + +
+
Trong đó:
c c
F = + F 2. F'
(ΔF’ là sai số dụng cụ của lực kế, lấy bằng một nửa độ chia nhỏ nhất của lực kế
⇒ ΔF’ = 0,001
2 = 0,0005)
D D D '
= +
d d d '
= +
(ΔD’ và Δd’ là sai số dụng cụ của thước kẹp, lấy bằng một nửa độ chia nhỏ nhất của thước kẹp ⇒ ΔD’ = Δd’ = 0,05 : 2 = 0,025 mm).
ΔFc = 0,0006 + 2. 0,0005 = 0,0016
c c
F 0,0016
10,81%
0,0148 F
= =
Và ΔD = 0,08 + 0,025 = 0,105 mm; Δd = 0,005 + 0,025 = 0,03 mm 0,105 0,03
0,133%
51,66 50,03 D
D d
d + =
+ + + =
Như vậy trong trường hợp này ta phải lấy π = 3,1412 để cho
< 0,133% khi đó ta có thể bỏ qua
c
c
F D d
F D d
+
= + +
+
10,81% 0,133% 10,943%
= + =
d) Tính sai số tuyệt đối của phép đo:
. 0,0463.10,943% 0,0051
= = =
e) Viết kết quả xác định hệ số căng bề mặt của nước:
0,0463 0,0051(N / m)
= =
Phần Câu hỏi cuối bài thực hành
Bài 1 trang 222 Vật Lí 10: Có thể dùng lực kế nhạy để đo lực căng bề mặt và hệ số căng bề mặt của chất lỏng không dính ướt theo phương pháp nêu trong bài được không?
Trả lời:
Ta có thể sử dụng lực kế nhạy để đo lực căng bề mặt và hệ số căng bề mặt của chất lỏng không dính ướt theo phương pháp nêu trong bài.
Bài 2 trang 222 Vật Lí 10: Trong bài thí nghiệm này, tại sao khi mức nước trong bình A hạ thấp dần thì giá trị chỉ trên lực kế lại tăng dần?
Trả lời:
Khi nước trong bình A hạ thấp dần thì lực đẩy Ác-si-mét FA sẽ giảm dần, vì vậy nó sẽ dần nhỏ hơn trọng lực P của vòng nhôm, P > FA ⇒ vòng nhôm hạ thấp dần đến khi dây giữ vòng đạt đến giới hạn đàn hồi.
Mặt khác, do vòng nhôm không dính ướt nên lực căng bề mặt của nước níu giữ bề mặt vòng nhôm khiến nó bị kéo xuống, đến khi giá trị lực căng bề mặt của nước đạt cực đại, lực tương tác giữa các phân tử nước không còn đủ sức hút nên chúng bị " đứt" "buông tha" cho vòng nhôm.
Bài 3 trang 222 Vật Lí 10: So sánh giá trị của hệ số căng bề mặt xác định được trong thí nghiệm này với giá trị hệ số căng bề mặt σ của nước cất ở 20ºC ghi trong Bảng 37.1, sách giáo khoa? Nếu có sai lệch thì nguyên nhân từ đâu?
Trả lời:
Bảng 37.1
Hệ số căng bề mặt trong thí nghiệm thường nhỏ hơn giá trị thực tế trong SGK (σ = 0,073N/m) vì trong SGK làm thí nghiệm ở môi trường lí tưởng nước cất, còn trong phòng thí nghiệm độ tinh khiết của nước và của vòng nhôm không lí tưởng, có sai số trong quá trình đo. Ngoài ra σ còn phụ thuộc vào nhiệt độ của môi trường.
Bài 4 trang 222 Vật Lí 10: Sai số của phép đo hệ số căng bề mặt σ trong bài thực hành chủ yếu gây ra do nguyên nhân nào?
Trả lời:
- Sai số hệ thống: sai số dụng cụ đo.
- Sai số ngẫu nhiên:
+ Sai số trong quá trình đo: không làm đúng thí nghiệm, kĩ năng thực hành kém, điều kiện thực hành gặp trở ngại: gió, sức cản không khí,…
+ Sai số trong quá trình tính toán: lấy tròn số khi tính, tính sai,…
+ Sai số do nhiệt độ môi trường có thể biến động nhẹ trong thời điểm làm thực nghiệm.
