普通物理學實驗(結報)
實驗九 表面張力
組別:第一組
姓名:陳翌婷、莊尚樺
學號:4111063005、4111032035
實驗日期:2022/12/15
9-1
五、實驗數據
1. 校正表面張力測定儀刻度
y:橫桿吊重
(單位： g
1
1.07
1.4
1.06
1.53
1.15
1.27
3.5
9
40
15
68
20
31
)
x:刻度盤讀值
橫桿吊重與張力計刻度盤讀值的關係式
y = 0.0087x + 0.9798
9-2
2. 測定不同液體所測得的張力計讀值
金屬環質量:1(g)
金屬圓環直徑 2r = 2 ( cm )
金屬圓環周長 = 6.5 ( cm )
待測液體
水
肥皂水
食鹽水
液體溫度
(單位： °C )
18.9
19.3
19.1
次數
張力計刻度
1
110
50
80
2
107
47
75
3
105
48
80
4
106
49
81
平均值
107
48.5
79
橫桿拉力 F
(單位： dyne )
892.486
393.715
653.758
液體的表面張力
F
T=
2
(單位： dyne/cm )
68.653
30.286
50.289
9-3
3. 測定不同溫度水的張力計讀值
金屬環質量:1(g)
金屬圓環直徑 2r = 2 ( cm )
金屬圓環周長 = 6.5 ( cm )
溫度
30
40
50
60
70
80
單位：( °C )
次數
張力計刻度
1
108
102
100
93
90
91
2
108
100
95
93
90
89
3
108
107
97
94
89
89
4
107
107
97
92
92
89
平均值
107.75
104
97.25
93
90.25
89.5
898.881
866.908
809.356
773.122
749.676
743.281
69.145
66.685
62.258
59.471
57.667
57.175
橫桿拉力 F
(單位： dyne )
液體的表面張力
T=
F
2
(單位： dyne/cm )
9-4
4. 測定不同濃度溶液的張力計讀值
金屬環質量:1(g)
金屬圓環直徑 2r = 2 ( cm )
金屬圓環周長 = 6.5 ( cm )
不同濃度的未知待測液體(__酒精__)
溫度: 21 °C
濃度
(單位： % )
95
61.21
次數
44.10
34.47
張力計刻度
1
45
49
53
60
2
44
50
53
61
3
44
49
53
60
4
44
49
53
61
平均值
44.25
49.25
53
60.5
357.480
400.110
432.082
496.027
27.498
30.778
33.237
38.156
橫桿拉力 F
(單位： dyne )
液體的表面張力
T=
F
2
(單位： dyne/cm )
(酒精密度為0.789g/cm3)
9-5
六、分析結果
在實驗一中，可得橫桿吊重y與張力計刻度盤讀值x的關係式為 y = 0.0087x +
0.9798，並用此關係式來做後續實驗的表面張力值換算。
在實驗二中，按照實驗結果，水>食鹽水>肥皂水的表面張力，因此表面張力會
隨著液體的不同而改變。
在實驗三中，可由結果得知，同一種液體的表面張力會隨著溫度的升高而變
小，以水的實驗結果為例，在30°C時表面張力為69.145 dyne/cm，但在80°C時
表面張力變小為57.175 dyne/cm。
在實驗四中，酒精的表面張力原本就比水小，但隨著加入的水增加後，酒精濃
度降低，表面張力受到水的影響而跟著變大。
七、預習問題
1. 由原理中表面張力的定義可知其單位為〔能量／面積〕，而由方
F
T=
2 可知單位為〔力／長度〕，說明這兩單位是一致
法中式 (2)
的。
:能量為作功的單位焦耳J，因此為力×位移，
能量／面積 𝐹 × 𝑚⁄𝑚2 = 力／長度 𝐹⁄𝑚。
T=
F
2
2. 假如我們能夠精確地測量出下圖中的 F 及  ，那麼由式 (2)
所得之 Ｔ 能夠十分精確地表示液體的表面張力嗎？Ｔ 應該比真正
的表面張力值大或小？由此討論本實驗方法的精確性。
F
金屬環
金屬環
h
液
:我們認為還是會稍有不同，由式(2)所得出的T應會比真正的表面張力值小，因
我們使用的金屬環直徑較大，水滴的直徑較小，但差異不大，還是有一定精確
性。
9-6
八、思考問題
1. 你的實驗結果準確度如何？試解釋可能的誤差來源。
71.18−69.145
:水 30°C 時，理論值為 71.18，實驗值為 69.145，誤差率
71.18
69.59−66.685
水 40°C 時，理論值為 69.59，實驗值為 66.685，誤差率
69.59
66.18−59.471
水 60°C 時，理論值為 66.18，實驗值為 59.471，誤差率
66.18
62.61−57.175
水 80°C 時，理論值為 62.61，實驗值為 57.175，誤差率
62.61
= 2.86%
= 4.75%
= 10.14%
= 8.68%
整體來說，我們實驗的準確度應偏高。
:誤差可能來自於
(1) 水再加熱時上下溫度不平均，導致測量到的水溫不正確而產生實驗誤差
(2) 圓環與水每次的貼近程度不一樣
(3) 可能會受表面張力影響而無法判斷金屬環是否剛好有放置在水面上
2. 步驟 5 中列有兩種不同的歸零方法，哪一種可以得到比較準確的
結果？為什麼？
:第一種應可以得到較準確的結果，因第二種很容易受到表面張力的影響，會將
金屬環向下拉而無法準確歸零。
T=
F
F
T2 = T1  2
F1 所求出的表面張力，何者
2 與(4)式
3. 試比較代入(2)式
可得到比較準確的結果？為什麼？
:我們認為(2)式所求出的表面張力可得到較準確的結果，因(2)式中 為定值，只
需測量 F 就可得到 T。但在(4)式中需測量 F1、F2，因此不確定性較大，無法得
到較準確的結果。
4. 加入少量的鹽，會稍微改變水的表面張力，若加入少量的油，則
表面張力會有很大的改變，為什麼？試解釋之。
:因為油的密度較水小，會漂浮在水面上，因此金屬環接觸到的都是油，測量到
的是油的表面張力。而加入鹽後鹽會溶解在水中，金屬環接觸到的是食鹽水，
食鹽水與水的表面張力差異較油小許多。
9-7
5. 較冷的湯，油會均勻地分布在湯表面；而高溫時，油在湯表面的
分佈變得不均勻，一團一團的，試解釋其原因。
:在較低溫時，水的表面張力較油大，因此油會均勻分布在上。但隨著溫度越來
越高，水的表面張力越小，油的表面張力開始較水大，會抵抗水的表面張力而
分布變得不均勻，呈一團一團的。
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