《物理（上册）》452-1（任婷）教案 第七章 第二节 液体的性质及应用（一）

课题第二节液体的性质及应用（一）课时1课时（45min）总27课时教学目标知识技能目标：了解液体的表面张力知道表面张力产生的原因了解润湿和不润湿现象理解毛细现象了解气体栓塞的成因及预防措施思政育人目标：培养用理论解决实际问题的能力，不断积累科学文化知识，与祖国共成长。教学重难点教学重点：液体表面张力产生的原因教学难点：气体栓塞的成因及预防措施教学方法讲练结合法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学设计→→→传授新知（24min）→课堂讨论（10min）→课堂小结（3min）→作业布置（2min）教学过程主要教学内容及步骤设计意图课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学通过文旌课堂APP或其他学习软件，完成课前任务请大家扫码观看“表面张力”“毛细现象”视频，并预习有关知识。表面张力毛细现象【学生】完成课前任务通过课前的预热，让学生了解所学课程的大概内容，激发学生的学习欲望考勤（2min）【教师】使用文旌课堂APP进行签到，清点上课人数，记录好考勤【学生】班干部报请假人员及原因培养学生的组织纪律性，掌握学生的出勤情况问题导入（4min）【教师】提出以下问题：昆虫能在水面上行走、杯子中的水满了却不溢出、自来水管口滴下的水滴和荷叶上的露珠皆呈球形，这些现象说明了什么？【学生】思考、举手回答通过问题导入的方法，引导学生主动思考，激发学生的学习兴趣传授新知（24min）【教师】通过学生的回答引入要讲的知识知识点表面张力❖【教师】讲解表面张力产生的原因、特征、系数1．表面张力产生的原因如图7-10所示，在液态物质与气态物质的分界面上，分子间存在相互吸引的力量，欲将彼此拉近，这使得液面像一张弹性膜，此为表面张力的来源。下面分别从分子运动论的观点和能量观点，说明液体表面张力产生的原因。图7-10表面张力的成因1）从分子运动论的观点说明如图7-11（a）所示，在液体内部任取一分子A，以分子A为球心，以分子有效作用半径R（约为）为半径做一球，称为分子作用球。对分子A进行受力分析：球外分子对分子A无作用力；球内分子对分子A的作用力对称分布，合力为零，如图7-11（b）所示。从液体表面任取一分子B，对其进行受力分析：该分子所受合力与液面垂直，指向液体内部，如图7-11（c）所示。由此可知，液体表面的分子与液体内部的分子不同，液体表面的分子会受到一个指向液体内部的合力，在该合力的作用下，液体表面的分子有被拉进液体内部的趋势，在宏观上表现为液体表面有收缩趋势。（a）（b）（c）图7-11表面张力2）从能量观点说明把分子从液体内部移到表面，需克服做功。外力做功，分子势能增加，即液体表面分子的势能比液体内部分子的势能大，表面为高势能区。各个分子势能增量的总和称为表面能，用E表示。任何系统的势能越小越稳定，所以液体表面的分子有尽量挤入液体内部的趋势，即液面有收缩趋势。2．表面张力的特性表面张力只出现在液体与其他物体的分界面上，液体内部并不存在表面张力。表面张力是宏观力，其作用方向垂直于边界且沿着液面的切线方向。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。表面张力的大小与液体的种类和温度有关。一般情况下，液体掺了杂质或者温度升高后，表面张力会变小。3．表面张力系数如图7-12所示，假想在液面上画一条直线段，线段两侧液面均有收缩的趋势，即有表面张力的作用，且两侧的表面张力均与液面相切、与线段垂直并指向各自的一方。分别用f和表示这两侧的表面张力，则f和是一对作用力与反作用力，即。图7-12表面张力示意图由于线段上各点均有表面张力作用，则线段越长，合力越大。设线段长为l，则。为表面张力系数，数值上等于单位长度直线段两侧液面的表面张力，单位为N/m。液体的表面张力系数与液体的种类、温度、相邻物质的化学性质及是否掺杂杂质有关。例如，液氢和液氦的密度小且容易蒸发，其表面张力系数小；在钢液结晶时加入少量硼，可以促使钢液加快结晶。❖【学生】聆听、理解、记笔记知识点润湿和不润湿❖【教师】应用图示讲解润湿和不润湿液体沿固体表面延展的现象，称为液体润湿固体。如图7-13（a）所示，水可以润湿玻璃。液体在固体表面收缩的现象，称为液体不润湿固体。如图7-13（b）所示，水不能润湿石蜡。润湿、不润湿与相互接触的液体和固体的性质有关。（a）（b）图7-13润湿和不润湿现象（a）润湿；（b）不润湿固液接触处，固体表面与液体表面的切线在液体内部形成的角称为接触角。润湿时，；当时，称为完全润湿。不润湿时，；当时，称为完全不润湿。典型的润湿与不润湿现象如下：（1）纯水能润湿洁净的玻璃，水银能润湿洁净的锌板、铜板或铁板。（2）纯水不润湿石蜡，水银不润湿玻璃。❖【学生】聆听、理解、记笔记知识点毛细现象和气体栓塞❖【教师】讲解毛细现象和气体栓塞1．毛细现象润湿管壁的液体在细管里升高，不润湿管壁的液体在细管里下降，这种现象称为毛细现象。如图7-14（a）所示，将两端开口的细玻璃管插入水中，管内液面比管外液面高，并且管子越细，内外水面高度差越大；如图7-14（b）所示，将两端开口的细玻璃管插入水银中，管内液面比管外液面低，并且管子越细，内外水银面高度差越大。（a）（b）图7-14毛细现象当液体与固体接触时，液体的表面分子与固体的表面分子会有互相吸引的力量，称为附着力内聚力，当细玻璃管插入水中时，管壁处的水面向上弯，水面上升，接触角，壁处的水银面向下弯，水银面下降示。（a）（b）图7-15毛细现象的原因对于玻璃管插入水中的情况，管内比管外高出部分的水柱的受力示意图如图7-16所示。水柱上下所受的压力皆为一个大气压力，可互相抵消。同样，水柱受周围管壁水平方向的压力可互相抵消。根据静力平衡的条件，水柱在竖直方向上的受力也必须抵消，即水柱的重力G被表面张力所支撑。T为水柱的表面张力，为水柱的密度，表面张力作用在上方管壁上，因此，可推出，此为玻璃管插入水中时管内比管外高出部分的水柱长度。（a）

（b）图7-16液体的受力示意图❖【学生】聆听、理解、记笔记❖【教师】讲解例题【例7-2】如图7-17所示，一U形毛细管左右两管的内半径分别为和。已知管内液体的密度为，液体与玻璃的接触角为零，两管的液面差为h，则该液体的表面张力为多大？图7-17例7-2图❖【学生】聆听、理解、演算2．气体栓塞如图7-18（a）所示，毛细管中有一段液体，液体左右两端压强相等，形成对称的弯液面。如图7-18（b）所示，欲使液柱向右移动，则需在左侧加一压强，这时两侧液面形状改变，右侧曲率半径增大，左侧曲率半径减小，产生向左的附加压强差以抵抗；当达到一定程度时，液柱才能移动。如图7-18（c）所示，当毛细管中有很多气泡时，即使外加几个大气压都不能使液柱移动，这种现象称为气体栓塞。（a）（b）（c）图7-18气体栓塞原理为防止气体栓塞现象发生，在实施外科手术和静脉注射时，切忌把空气注入血管中。人们不能在高气压突然降到低气压的环境中工作，因为人的血管中有一定量的气体，其溶解度与压强成正比，如果气压突然降低，气体将析出形成气泡。如果微血管中的气泡过大过多，就会出现气体栓塞现象而危及生命。植物体内营养液通过很细的导管输送，温度升高时，溶于液汁中的气体会析出形成气泡。气泡太多时，会导致部分导管栓塞，从而使部分枝叶因缺乏营养而枯萎。【学生】聆听、理解、整理笔记通过教师的讲解和演示，使学生液体的表面张力，知道表面张力产生的原因，了解润湿和不润湿现象，理解毛细现象，了解气体栓塞的成因及预防措施课堂讨论（10min）【教师】组织学生以小组为单位，讨论下面哪些是液体表面张力的表现，哪些是毛细现象的表现（1）回形针及硬币浮于水上（2）用吸水纸将水从杯中吸上来（3）荷叶上的露珠都是球状的（4）水倒满时水面会有微微凸起的弧状（5）吸管插入水中，吸管中液面高于水面（6）浮在水表面上的水黾（min第三声，一种昆虫）（7）用洗洁精溶液吹泡泡（8）树叶飘在水面上（9）微风下湖面的波纹聆听、思考、小组讨论，由小组代表上台发表讨论结果【教师】与学生一起评价各组的发言通过课堂讨论，巩固所学知识，加深学生对所学知识的理解，并将所学知识与实践相结合课堂小结（3min）【教师】简要总结本节课的要点本节课学习了液体的表面张力，了解了表面张力产生的原因，了解了润湿和不润湿现象，理解了毛细现象，了解了气体栓塞的成因及预防措施等知识，重点是概念的理解与记忆；希望大家在课下多加练习，巩固课上所学知识，为后面的学习打下坚实的基础。【学生】总结回顾知