第四章 热学仪器-高中物理实验仪器配备与使用

四 !!!!!!!!! 热学仪器 ! 第一节 ! 连通器 ! 图 4/' !! 一! 连通器的结构与原理 连通器指上端开口不连通+下部连通的容器 &图 4/' '(例如$ h 型管就是一种典型的连通器( 若向连通器内倒水$则当水停止流动时$连通器的 液面会相平(因为水面到容器底同一水平面上的 深度相同$压强相同$液体便能保持静止状态(连 通器内装的是同一种液体$左右两个液柱的密度 相同$根据液体压强的公式 ! S ! < K 可知$只有当 两边液柱的高度相等时$两边液柱对液片 Z* 的压 强才能相等(所以$在液体不流动的情况下$连通 器各容器中的液面应保持相平( !! 二! 教学规格配置与要求 "教育部 #+!+ 年 文件要求# 该设备可以是 h 型管$也可以用两个直管通 过橡皮软管连接而成$在教育部颁布的)高中理科教学仪器配备标准*中对该仪器 配备没有要求(由于本仪器多用于初中液体力学的教学$在高中教学中会涉及选 修 1/1 中的气体状态研究$在此特将该仪器做一简单介绍( !! 三! 连通器的使用 在使用连通器时只要灌入同种液体$就可以出现液面相平的状态( !! 四! 连通器使用注意事项 使用连通器时要注意两点#一是连通器的连接要确保密闭$不能有气孔出现2 )* 第四章 ! 热学仪器 ! 二是连通器内的液体密度要均匀( !! 五! 常见故障与排除方法 若是玻璃 h 型管破损$只能更换 h 型管2若是用两个直管通过橡皮软管连接而 成的$一般会出现软管老化或口径不匹配的问题$只需更换新的或匹配的软管即可( ! 第二节 ! 油膜实验器 ! 图 4/% !! 一! 油膜实验器的结构与原理 将油滴到水面上$油会在水面上散开$到油 面不再增大为止$此时在水面上几乎形成单分 子层油膜(如果把分子看成是球形的$那么单 分子层油膜的厚度就可以被认为等于油分子的 直径(只要先测出油滴的体积$再测出油酸的 面积$就可以估算出油分子的直径( 实验主要器材由蒸发皿+油酸和刻度尺组 成$如图 4/% 所示( !! 二! 教学规格配置与要求"教育部 #+!+ 年文件要求# 油膜实验器教学规格配置与要求见表 4/' ( 表 %"! ! 油膜实验器教学规格配置与要求 编号 名称 规格+功能 单 位 数量 配备要求 必修 选修 系列 ' 系列 % 系列 1 执行标准 代号 分类与 代码 %%%'( 油膜实验器 套 '1 ' %( # # UV ! N&1-% U&4&-- !! 三! 油膜实验器的使用 该实验仪器的使用相对简单$但要完成测定分子直径的任务$必须与酒精+滴 管+痱子粉+量筒+清水+透明方格纸& 'A56'A5 '等配合使用才可以( !! 四! 油膜实验器使用注意事项 一是蒸发皿的水量要适当$不要太少$也不能太满2二是读量筒读数时视线应 )! 与刻度线水平2三是读取面积时痱子粉要洒均匀( !! 五! 常见故障与排除方法 透明方格纸&或坐标纸'与液面接触不好$可能导致取图不准$处理方法是重新 操作( ! 第三节 ! 液体表面张力系数测定仪 ! !! 一! 液体表面张力系数测定仪的结构与原理 图 4/1 表面张力是分子力的一种表现$它发生 在液体和气体接触的边界部分(液体内部的 分子和分子之间几乎是紧挨着的$分子间保 持平衡$稍远一些的分子相吸$稍近一些的分 子相斥$这就决定了液体内部的分子不像气 体分子那样可以无限扩散$而只能在平衡位 置附近振动和旋转(在液体表面附近的分 子$由于上层空间气相分子对它的吸引力小 于内部液相分子对它的吸引力$所以该分子 所受合力不等于零$其合力方向垂直指向液体内部$这种收缩力称为表面张力(其 测量仪器如图 4/1 所示$测量全套设备的结构如图 4/4 所示( 液体表面层分子间的斥力随它们彼此间的距离增大而减小$在这个特殊层中 分子间的引力作用占优势( 图 4/4 )" 第四章 ! 热学仪器 ! 图 4/( 如果在液体表面上任意划一条分界线 ;& $把液 面分成 9 + J 两部分&图 4%( '$ + 表示 9 部分表面层中的 分子对 J 部分的吸引力$ + A 表示 J 部分表面层中的分 子对 9 部分的吸引力$这两部分的力一定大小相等+方 向相反(这种表面层中任何两部分间的相互牵引力$ 促使了液体表面层具有收缩的趋势(由于表面张力的 作用$液体表面总是趋向于尽可能缩小$因此空气中的 小液滴往往呈圆球形状( 表面张力的方向和液面相切$并和两部分的分界 线垂直$如果液面是平面$表面张力就在这个平面上(如果液面是曲面$表面张力 就在这个曲面的切面上(表面张力是物质的特性$其大小与温度和界面的性质有 关(表面张力 + 的大小跟分界线 ;& 的长度 $ 成正比$即 + S " $ & ' ' 系数 " 叫作表面张力系数$它