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110 學年度普通型高級中等學校數理及資訊學科能力競賽
第
4 區複賽物理科實驗試題第一題
一、題目：
靜止的水面就像在張力下拉伸的薄膜一般，即使鋼針的密度比水大，
鋼針還是可以漂浮在水面上，這種效應就稱為表面張力。圖
(一)是一種量測
表面張力的裝置，若金屬棒與液面接觸的長度為 L，整根金屬棒被拉離液面
的力量為 F ，則水的表面張力為
𝑇
。
請利用提供的材料，先製作天平，再參考圖
(一)的實驗設置，測量水的
表面張力
(單位為 mN/m)。
圖(一)
二、實驗器材：
[
請清點下列器材，如有短缺請立即報告補齊；須自行準備之器材不予補發或提供。
]
器材名稱
規格
數量
金屬棒
線徑
3.2 mm 長度 5.00 cm
1 支
縫衣針
一般用，長度至少
5.40 cm
1 支
吸管
一般用，至少
18cm 長
1 支
夾鏈袋
40mm×60mm 之 0 號夾鏈袋
1 個
小墊圈
(放在 85mm×60mm 袋中)
30 個
紙杯
一般用，約
10.5 公分高
2 個
紙碗
一般用，約
4 公分高
1 個
水
一般用瓶裝水，至少
500ml
1 瓶
直尺
一般用，最小刻度
1mm 長度至少 20cm
1 支
訂書針
每支約
0.021gw(放在 70mm×60mm 袋中)
50 支
剪刀
一般用
1 支
免洗筷
一般用
1 雙
棉線
一般用細棉線
1 綑
方格紙
最小刻度
1mm
1 張
[以上器材不一定全部需要用到。]
三、說明：
1.
請先核對試題及答案卷上之編號與您的編號是否相同，若不同請立即報
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告。
2.
實驗報告請書寫於答案卷上，內容必須包含
(1)
實驗步驟(含設計圖)
(2)
數據紀錄與計算分析
(3)
結果與討論
3.
實驗操作過程之評審，主要依據實驗報告，所以務必在報告中詳細記載。
4.
實驗完畢後，請將所有器材還原，桌面收拾乾淨。
5.
題目隨卷繳交。
參考解
:
(1)
先用縫衣針穿過吸管中央，縫衣針兩端穿入作為支架之紙杯上方，一端
用綿線掛上金屬棒，另一端掛上夾鏈袋並在袋中置入適量小墊圈使吸管
呈水平，做成如題目圖形所見之等臂天平。
(2)
接著紙碗裝入水至金屬棒中心處與水面等高，小心地用免洗筷逐一將訂
書針置入夾鏈袋中至天平重新恢復水平，則放入的訂書針總重量即為金
屬棒被拉離液面的力量 F 之大小。
(3)
等臂天平測量之參考數據：
訂書針
(支)
F(gw)
金屬棒： 線徑(mm) 長度(cm)
36
0.756
3.2
5.00
室溫(℃)
水的表面張力： (gw/cm) (kgw/cm)
(N/cm) (mN/m)
26.0
0.0710526
7.105E-
05
0.0006963 69.63158