物理粤教版选修3-3学案第二章第五节液体的表面张力

第五节液体的表面张力1．知道液体微观结构的特点，知道显示液体表面张力的现象．2．知道液体表面层的特点，知道液体表面张力产生的原因．3．能用液体表面张力产生的原因解释有关的现象．池塘里，水面上的一只小昆虫或跑来跑去，或停留在水面上，不会陷入水中；雨过天晴，蜘蛛网上挂满了晶莹的小水珠；清晨，草叶上的露珠宛如晶莹剔透的珍珠，闪闪发亮．小昆虫在池塘里为什么不会陷入水中？蜘蛛网上的小水珠、草叶上的小露珠、吹出的肥皂泡、天上落下来的雨滴为什么都呈球形？提示：液体表面存在表面张力．在自然界中，我们可以看到很多表面张力的现象和对张力的运用．比如，露水总是尽可能地呈球形，而某些昆虫利用表面张力可以停留在水面上．一、液体的表面现象1．肥皂膜实验现象(1)用热针刺破铁丝环上松弛棉线左侧的肥皂膜，右侧液膜收缩，使棉线向右张紧．(2)用热针刺破铁丝环上松弛棉线右侧的肥皂膜，左侧液膜收缩，使棉线向左张紧．(3)用热针刺破铁丝环中肥皂膜中心棉线圈内的肥皂膜，棉线圈外的肥皂膜收缩，使棉线张紧，形成圆形．2．实验结论：液体表面好像张紧的橡皮膜一样，具有收缩的趋势．二、液体的表面张力及其微观解释1．液体的表面层(1)概念：液体跟气体接触的表面存在一个薄层，叫做表面层．(2)特点：表面层内分子间的距离大于r0，因此分子间的相互作用表现为相互吸引．2．液体的表面张力(1)定义：如果在液体表面任意画一条线，线两侧的液体之间的作用力是引力，它的作用是使液体表面绷紧，所以叫做液体的表面张力．(2)形成原因：液体表面具有收缩的趋势，这是因为在液体内部分子引力和斥力可以认为相等，而在表面层里分子间距较大，分子间的相互作用力表现为引力的缘故．一、表面张力的微观解释1．液体的表面张力的形成(1)分子间距特点：由于蒸发现象，液体表面分子分布比内部分子稀疏．(2)分子力特点：液体内部分子间引力、斥力基本上相等，而液体表面层分子之间距离较大，分子力表现为引力．(3)表面特性：表面层分子之间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面形成一层绷紧的膜．(4)表面张力的方向：表面张力的方向和液面相切，垂直于液面上的各条分界线．如图所示．2．表面张力及其作用(1)表面张力使液体表面具有收缩趋势，使液体表面积趋于最小．而在体积相同的条件下，球形的表面积最小．例如，吹出的肥皂泡呈球形，滴在洁净玻璃板上的水银滴呈球形．(但由于受重力的影响，往往呈扁球形，在完全失重条件下才呈球形)(2)表面张力的形成原因是表面层(液体跟空气接触的一个薄层)中分子间距离大，分子间的相互作用表现为引力．(3)表面张力的大小除了跟边界线长度有关外，还跟液体的种类、温度有关．表面张力使液面有收缩的趋势，故往往会误认为收缩后r＜r0.实质上液体表面张力是液体表面层分子间距离大于分子间平衡距离r0时，表现出的分子间的吸引力．二、液体内部和表面层分子的分布有什么特点？1．液体内部分子的运动特点在液体内部，每个分子周围有许多分子．当某个分子从平衡位置向某一方向运动时，它一方面要受到所离开的那个方向的分子的吸引，另一方面又要受到所靠拢的那个方向的分子的排斥．引力和斥力的数量级相同，通常可认为其大小相等，因此，液体内部分子只能在平衡位置附近振动．2．液体表面分子的分布液体表面附近的分子由平衡位置向外运动时，因为外部空气和蒸汽分子对它的斥力很小，不起显著作用，它只受到内部分子的吸引力，因此使它恢复到平衡位置的作用力就没有在液体内部时大，使得表面层里的分子振动的振幅要比液体内部分子的振幅大，一些动能大的分子就有可能冲出吸引力范围，成为蒸汽分子，结果形成表面层里的分子分布比液体内部的分子分布稀疏，分子之间的距离就比较大(r＞r0)．类型一生活中的表面张力现象【例题1】(双选)以下说法中正确的是()A．小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中靠的是液体表面的张力作用B．小木块能够浮在水面上是液体表面张力与其重力平衡的结果C．缝衣针浮在水面上不下沉是重力和水的浮力平衡的结果D．喷泉喷射到空中形成一个个球形的小水珠是表面张力作用的结果解析：仔细观察可以发现，小昆虫在水面上停留或行进过程中，其脚部位置比周围水面稍下陷，但仍在水面上而未陷入水中，就像踩在柔韧性非常好的膜上一样，因此，这是液体的表面张力在起作用．浮在水面上的缝衣针与小昆虫情况一样，故选项A正确，C错误．小木块浮在水面上时，木块的下部实际上已经陷入水中(排开一部分水)受到水的浮力作用，是浮力与重力平衡的结果，而非表面张力在起作用，因此，B选项错误．喷泉喷到空中的水分散时每一小部分的表面都有表面张力在起作用且又处于失重状态，因而形成球状水珠(体积一定的情况下表面积最小为球形，表面张力的作用使液体表面有收缩到最小面积的趋势)，故选项D正确．答案：AD题后反思：(1)表面张力仅是产生向上的力的原因，它不是向上的力，而是表面各部分相互吸引的力．(2)液体表面施加的向上的力属弹力范畴，是表面要恢复形变引起的(恢复形变的力源于表面张力)；不同于浮力，浮力是浸入液体中的物体上下表面所受的压力差．类型二表面张力的微观解释【例题2】(双选)下列叙述中正确的是()A．液体表面张力随温度升高而增大B．液体尽可能在收缩它们的表面积C．液体表面层的分子比液体内部的分子有更大的势能D．液体表面层的分子分布要比液体内部分子分布紧密些解析：这是有关液体表面分子相互作用的问题，液体的表面层由于和气体接触与内部情况不同，表面层分子的分布要比内部稀疏，这样分子间就表现为引力，即表面张力，液体表面就有收缩到最小的趋势．随着温度的升高，表面层分子距离增大，引力作用随之减小，所以表面张力减小．而在液体内，分子间的引力基本等于斥力，当r＝r0时，分子势能最小，在表面层r＞r0，分子势能比液体内部的分子势能大．答案：BC题后反思：表面层液体分子间距离大于r0，升温时，表面层分子距离增大，要克服分子引力做功，液体分子势能增大，而由分子间作用力的特点可知表面张力将随分子间距的增大而减小．1关于液体的表面张力，下列说法中错误的是()A．表面张力是液面各部分间相互吸引的力B．表面张力是液体表面层中任一分界线两侧大量分子相互作用力的宏观表现C．表面层里分子分布要比液体内部稀疏些，分子力表现为引力D．表面层里分子距离比液体内部小些，分子力表现为引力答案：D2下列关于液体表面张力的说法中，正确的有()A．液体表面张力的存在，使得表面层内分子的分布比内部要密些B．液体表面层分子间的引力大于液体内部分子间的引力，因而产生表面张力C．液体表面层分子间只有引力而无斥力是产生表面张力的原因D．表面张力使液体表面有收缩到最小的趋势答案：D3下列现象中哪个不是由表面张力引起的()A．使用钢笔难以在油纸上写出字B．布伞有孔，但不漏水C．草叶上的露珠呈球形D．