CN102063826A - 焦利氏秤及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种焦利氏秤及应用。电子天平(1)放在底座(10)上，底座(10)下有水平调节螺母(9)；套管(7)连着底座(10)，套管(7)上部连着活动杆(6)，套管(7)下部有旋钮(8)；活动杆(6)顶部连着横梁(5)，横梁(5)另一端有一挂钩(4)，辅助重物(2)放在电子天平(1)的秤盘上；待测轻弹簧(3)连接辅助重物(2)和挂钩(4)且保持与活动杆(6)平行；套管(7)上有准确度为0.1mm的十分度游标，活动杆(6)上有分度值为1mm的刻度尺。本发明具有操作简单、测量数据一目了然的特点，不但能测量物体质量，还应用于直接测量轻弹簧的劲度系数、液体的表面张力。

Description

焦利氏秤及应用

技术领域

本发明涉及一种焦利氏秤及应用，是高等学校一种常用的物理实验教学仪器，用于测量轻弹簧的劲度系数、液体的表面张力系数和物体质量。

背景技术

焦利氏秤在物理实验教学中常用来测量轻弹簧的劲度系数、液体表面张力系数、力的大小、物体质量等，例如，在测量轻弹簧的劲度系数时，把轻弹簧上端挂在拉杆横梁上，下端挂一刻有水平刻线(称为活动准线)的指示杆，指示杆下挂秤盘，秤盘上先放一定的重物使轻弹簧被适当拉伸，这时提升拉杆使弹簧上移至“三线”对齐，从拉杆上主尺刻度及固定杆上游标读得l₀，然后在秤盘上加砝码，轻弹簧自然被拉长，下端下降，旋转旋钮使拉杆提升，弹簧上移至“三线”重新对齐，读得l₁，这时，轻弹簧的伸长量为Δl＝l₁-l₀。显然，使用老式焦利氏秤进行测量轻弹簧的劲度系数时，每次都必须调节至“三线对齐”，使用繁琐，而且在教学中发现学生容易弄丢砝码；另外，用老式焦利氏秤不能直接测量液体的表面张力、力的大小、物体质量。

发明内容

本发明的目的就是提供一种具有操作简单、力的测量一目了然，能直接测量轻弹簧的劲度系数和液体的表面张力的焦利氏秤。

本发明技术方案：电子天平放在底座上，底座下有水平调节螺母；套管连着底座，套管上部连着活动杆，套管下部有旋钮；活动杆顶部连着横梁，横梁另一端有一挂钩，辅助重物放在电子天平的秤盘上；待测轻弹簧连接辅助重物和挂钩且保持与活动杆平行；套管上有准确度为0.1mm的十分度游标，活动杆上有分度值为1mm的刻度尺。电子天平显示质量的多少(力的大小)，立杆上显示物体移动量。

本发明不但能测量物体质量，还应用于直接测量轻弹簧的劲度系数、液体的表面张力。

本发明焦利氏秤具有操作简单、测量数据一目了然的特点，不但能测量物体质量，还能直接测量轻弹簧的劲度系数、液体的表面张力。

附图说明

附图为本发明外观示意图。

图中标记：1.电子天平，2.辅助重物，3.待测轻弹簧，4.挂钩，5.横梁，6.活动杆，7.套管，8.旋钮，9.水平调节螺母，10.底座。

具体实施方式

实施例：

如图所示，电子天平1放在底座10上，底座10下有水平调节螺母9；套管7连着底座10，套管7上部连着活动杆6，套管7下部有旋钮8；活动杆6顶部连着横梁5，横梁5另一端有一挂钩4，辅助重物2放在电子天平1的秤盘上；待测轻弹簧3连接辅助重物2和挂钩4且保持与活动杆6平行；套管7上有准确度为0.1mm的十分度游标，活动杆6上有分度值为1mm的刻度尺。

1、测量轻弹簧劲度系数

辅助重物2的质量不能超过电子天平1的量限，待测轻弹簧3连接辅助重物2和挂钩4且保持与活动杆6平行，旋转旋钮8，活动杆6能够上下移动，测量时辅助重物2始终保持与电子天平1的秤盘接触。首先转动旋钮8使活动杆6上升至待测轻弹簧3被拉伸到适当的程度，按压电子天平1的“置零”键使天平数显为“0”，并记录活动杆6上的读数(此数为待测轻弹簧上端位置初读数)；然后旋转旋钮8使活动杆6继续上升，电子天平1读数每减少一定值(如每次减少5g)，从活动杆上读出待测轻弹簧3上端相应的位置数据，从而根据电子天平1和活动杆6上位置读数，利用胡克定律即可算出待测轻弹簧3的劲度系数，表1是使用新型焦利氏秤测量待测轻弹簧3劲度系数实验得到的数据。可以看出，待测轻弹簧3在相同的力作用下形变量几乎相同，具有良好的线性关系，形变量的算术平均值

待测轻弹簧的劲度系数k＝1.667N·m^-1。

表1测量轻弹簧劲度系数的数据

次数i	1	2	3	4	5	6
							天平读数m(g)	0	-5	-10	-15	-20	-25
焦利氏秤读数hi(cm)	1.12	4.07	7.02	9.96	12.89	15.83
							形变量δhi＝hi+3-hi(cm)				8.84	8.82	8.81

2、测量液体表面张力系数

测量液体表面张力系数常用拉脱法。将一个装有适量待测液体的容器替代辅助重物2并放在电子天平1的秤盘上，用一根细绳替代待测轻弹簧3，细绳下端挂一个金属圆环，打开电子天平1的电源，按压电子天平1的“置零”键使数显为零，然后将金属圆环垂直浸入液体中，旋转新型焦利氏秤旋钮8使活动杆缓慢上升，当金属圆环从液面拉脱瞬间，即金属圆环临界脱离液体时，有

F＝mg+f    ①

式中F为把金属环拉出液面时所用的拉力；mg为金属圆环和带起的液膜的总重量；f为表面张力，其大小与圆环接触液膜的边界周长成正比，即有

 f＝απ(D₁+D₂)②

式中：D₁、D₂分别为圆环外直径和内直径，α为液体表面张力系数，所以液体表面张力系数为：

$\mathrm{\α}=\frac{f}{\mathrm{\π}(D_1+D_2)}$                                       ③

由于测量前电子天平1数显已经置零，根据牛顿第三定律和仪器结构特点可知，金属圆环从液面拉脱瞬间电子天平1显示的数据m′即可得到液体表面张力f(＝m′g)。实验测量水的表面张力系数时得到m′＝1.6g，D₁＝35.02mm，D₂＝32.70mm，t＝29℃，代入③式算得α＝7.36×10^-2N/m，实验重复7次，得到结果相同(19.7℃下纯水的表面张力系数的标准值为7.28×10^-2N/m)。

Claims (2)

1.一种焦利氏秤，其特征在于电子天平(1)放在底座(10)上，底座(10)下有水平调节螺母(9)；套管(7)连着底座(10)，套管(7)上部连着活动杆(6)，套管(7)下部有旋钮(8)；活动杆(6)顶部连着横梁(5)，横梁(5)另一端有一挂钩(4)，辅助重物(2)放在电子天平(1)的秤盘上；待测轻弹簧(3)连接辅助重物(2)和挂钩(4)且保持与活动杆(6)平行；套管(7)上有准确度为0.1mm的十分度游标，活动杆(6)上有分度值为1mm的刻度尺。

2.根据权利要求1所述的焦利氏秤的应用，包括测量物体质量，其特征在于还应用于直接测量轻弹簧的劲度系数、液体的表面张力。

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