液体的表面张力 课件 高中物理新粤教版选择性必修第三册（2022年）

1、第二章 气体、液体和固体第四节 液体的表面张力高中物理新粤教版选择性必修第二册挂在草叶尖的水珠是球状的水黾可以停在水面上而不会沉入水里硬币能浮在水面上一、表面张力【实验探究】记录以下实验中的现象，并思考这些现象说明了什么1.把一根棉线的两端系在铁丝环上(棉线不要拉紧)，然后把铁丝环浸入肥皂水里，再拿出来，铁丝环上就布满了肥皂水的薄膜。这时棉线圈是松弛的，如图所示。(1)用烧热的针先刺破棉线一侧的薄膜，观察薄膜和棉线发生的变化，并在图中画出薄膜和棉线变化后的形状。(2)再用烧热的针刺破棉线另一侧的薄膜，并在图中画出棉线变化后的形状。2.把一个棉线圈系在铁丝环上，使环上布满肥皂水的薄膜，这时膜上的

2、棉线圈是松弛的，如图2-4-7所示、用烧热的针刺破棉线圈里的肥皂膜，观察棉线图外的薄膜和棉线圈有什么变化，并在图2-4-8中画出薄膜和棉线圈发生变化后的形状。【实验总结】上述实验表明，液体的表面就像绷紧的橡皮膜一样，总是有收缩的趋势，我们可以从液体微观结构中分子力的角度来解释。从微观的角度来看，液体的表面并不是一个几何面，而是一个厚度为分子力有效作用距离(数量级为10-9m)的薄层。位于液体表面层内的分子与液体内部分子，它们所受到的分子力是有区别的。我们可以把分子力的作用范围认为是一个半径等于分子力有效作用距离的球，这个球称为分子作用球。由于分子斥力的有效作用距离比分子引力的有效作用距离小得多

3、，分子斥力作用球的半径远小于分子引力作用球的半径。设液体内有一分子A，如图2-4-9所示，由于分子A的分子作用球处于液体内部，液体内的分子均匀分布，对于分子A来说其分布是球对称的，因此液体内所有分子对分子A的斥力和引力的合力为零。设在液体表面层内有一分子B，如图2-4-9所示，以A分子B为中心的分子作用球一部分在液体外，由于分子斥液体力作用球的半径远小于分子引力作用球的半径，分子B的图2-4-9液体表面附近分子斥力作用球仍处于液体内，其受到的分子斥力仍是球分子分布的示意图对称的，但分子B所受的分子引力就不再是球对称的。由于缺少了液体表面层外这部分分子的引力，作用在分子B上的全部分子引力的合力f

4、垂直液面指向液体内。由此，液体表面层单位体积内的分子数目相对液体内部会更少，分子间距相对更大一些。因而表面层分子间的分子力表现为引力，液体的表面总是有一种收缩的趋势，就好像被绷紧的橡皮膜。设想在液体表面画一条直线，如图2-4-10所示，则直线两旁的液膜表现出使液体表面收缩的相互作用的拉力，液体表面出现的这种张力称为图2-4-10液体表面张力。的表面张力正是由于表面张力的作用，液体表面这种收缩的趋势会使得液滴的表面积尽可能地减小。在体积一定的情况下，球形在所有几何体中的表面积最小，所以露珠的形状更接近于球形。难怪唐代诗人白居易看到美丽的露珠后，情不自禁地发出“露似珍珠月似弓”的咏吟。二、毛细现象

5、【实验探究】1.取两块小玻璃板，在其中一块玻璃板上均匀涂上石蜡。用滴管将同样大小的两滴小水珠分别滴在这两块玻璃板上，观察两块玻璃板上水滴的形状是否相同。2.取两支试管和两根两端开口的细玻璃管，如图2-4-11所示，在一支试管中倒入水银（水银对人体有害，在实验操作时注意戴好防护手套与口罩），然后将一根细玻璃管紧靠试管壁插入水银中，明显可见细玻璃管中水银面与试管中的不一样高。在另一支试管中倒入水，同样将另一管外根细玻璃管插入水中，观察管内外水面是否一样高？管内水银水银液面液面与图2-4-11所示的是否一致?除细玻璃管内外液面高度不同以外，还可以观察到什么现象？图2-4-11水银的实验现象【实验总结

6、】通过实验可知，液体与固体接触时，因材料的不同，在其接触面会出现两种不同的情况：一种是液体与固体的接触面有扩张的趋势，液体会附着在固体上，如图2-4-12所示；另一种是液体与固体的接触面有收缩的趋势，液体不会附着在固体上，如图2-4-13所示。我们将前一种现象称为浸润，后一种现象称为不浸润。【实验总结】由上面的实验可知，水不浸润石蜡而浸润玻璃，而水银不浸润玻璃。水对不同材料的这种浸润与不浸润的性质，在实际生活与生产中有着广泛的应用、例如，鸭子用嘴把油脂涂到羽毛上、使水不能浸润羽毛；人们采用表面经过特殊涂层处理的织物来制成防水布料、如图所示；而医院使用脱脂棉来吸收药液等。浸润与不浸润现象产生的原

7、因与产生上图防水布料面张力的原因相似。在液体与固体接触的地方也有薄薄的一层液体，其性质与液体内部不同，我们称其为附着层。附着层的液体分子既要受液体内分子力的作用，也要受固体分子力的作用。若液体内分子的引力更大，则附着层中液体分子的密度变小，液体分子间距增大，相互间的分子力表现为引力，此时附着层有收缩的趋势，表现为不浸润。若固体分子的引力更强，则附着层中液体分子的密度更大，液体分子间距减小，相互间的分子力表现为斥力，此时附着层有扩张趋势，从而表现为浸润。在图2-4-12与图2-4-13中，浸润液体在细管中上升，不浸润液体在细管中下降，我们将这种现象称为毛细现象。毛细现象是液体的浸润（或不浸润）与

8、表面张力现象共同作用的结果，液体浸润细管时，浸润液体的附着层沿细管壁有扩张趋势，故附着层液体顺着管壁往上升，此时管内液面弯曲，面积变大。而表面张力使液面收缩，从而拉动管中液体上升。当管中液柱的重力与表面张力F上拉的合力平衡时，液柱不再上升，如图2-4-15所示。若管的内径增大，则管中液体的体积与重力相应增大，且比液体面积增大得更快。因而管的内径越细，液体上升得越高，如图2-4-16所示。液体不浸润细管时，表现出的毛细现象则与液体浸润细管情况相反，如图2-4-17所示。在自然界中，植物之所以能吸收到土壤的水分，正是由于毛细现象将地下水通过泥土中的缝隙上升至植物的根部。同样，实验室常用酒精灯也是由

9、于毛细现象，才使棉质的酒精灯芯自动地将酒精输送到灯芯的顶端。（1）定义：作用在液体表面，使液体表面绷紧的力叫液体的表面张力。（2）方向：表面张力的方向总是跟液面相切，且与分界面垂直。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。（3）效果：表面张力使液体表面具有收缩的趋势，使液体表面积趋于最小，这是水滴、露珠等呈球形的原因。1.液体的表面张力（1）定义：一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上，这种现象叫浸润；一种液体不会润湿某种固体，也就不会附着在这种固体的表面，这种现象叫不浸润。（2）一种液体是否浸润某种固体，与这两种物质的性质都有关系。例如，水银

10、不浸润玻璃，但水银浸润铅。（3）液面与器壁接触的位置是弯曲的，有的向上弯，有的向下弯，这也是浸润与不浸润的区别。液体浸润固体液体不浸润固体。2.浸润和不浸润(1)定义：浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象，称为毛细现象。(2)解释：由于液体浸润管壁，液面弯曲，液体表面张力形成向上的拉力，这个力使管中液体向上运动。当管中液体上升到一定高度时，液体所受重力与这个使它向上的力平衡，液面稳定在一定的高度。(3)应用：把地面的土壤锄松，破坏这些土壤里的毛细管，可以保存地下的水分。3.毛细现象1.关于图，下列说法正确的是（）A图甲为浸润现象，图乙为不浸润现象B图甲为不浸润现象，图乙

11、为浸润现象C图甲中附着层的液体分子比液体内部的分子间距小D图乙中附着层的液体分子比液体内部的分子间距小AC2.下列说法正确的是（ ）A温度相同的氢气和氧气，其分子的平均速率相同B在完全失重的情况下，绝热的密闭的容器内的气体对器壁的压强不变C知道阿伏伽德罗常数、气体的摩尔质量和密度，可以估算出该气体分子的大小D当分子力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而减小E绕地球运行的“天宫二号”中自由漂浮的水滴成球形，这是表面张力作用的结果BDE3.下列现象中，利用了毛细现象的是（）A用粉笔吸干纸上的墨汁B建房时，在砌砖的地基上铺一层油毡或涂过沥青的厚纸C用棉线作酒精灯的灯芯D想保存地下的水分，把地面

12、的土壤锄松AC4.下列对浸润及不浸润的理解正确的是（ ）A在夏季，人穿棉线衣服感觉舒适是因为汗水对棉线浸润B单杠、双杠运动员上杠表演前，手及杠上涂镁粉，是因为水对镁粉浸润C布制的雨伞伞面能明显看到线的缝隙，但雨伞不漏雨水是因为水对伞面不浸润D酒精灯的灯芯经常是用丝线做成，因为酒精对丝线浸润AB5.下列说法正确的是（ ）A为了估测一容器中气体分子间的平均距离，需要知道该气体的密度、体积和摩尔质量B如果分子间作用力表现为引力，则两分子间距离增大时，一定是克服分子力做功C物体的速度增大，则分子的动能增加，内能也一定增加D在阳光的照射下，经常看见空气中尘埃所做的无规则运动不是布朗运动E露珠通常呈现球状，是水的表面张力