第4节 液体的表面张力-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（粤教版2019）

第四节　液体的表面张力 【素养目标】　1.了解液体的表面张力，能解释液体表面张力产生的原因。　2.了解浸润和不浸润现象及毛细现象产生的原因。 知识点一　表面张力 [情境导学]　如图所示，液体内分子间的平均间距为r0，则液体表面附近分子分布有何特点？分子间距比r0大还是小？分子间表现为引力还是斥力？ 提示：液体表面附近分子比较稀疏，分子间距略大于r0，分子间的作用力表现为引力。 (阅读教材P33－P35完成下列填空) 1．表面层：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10－9 m)的薄层。 2.表面张力：设想在液体表面画一条直线，如图所示，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力称为表面张力。 [问题探究]　如图所示，一只水黾停在水面上而不下沉，与小木块浮在水面上的道理相同吗？ 提示：不同。水黾停在水面上，并没有将部分身体没入水中，因此没有排开一定的水，所以不是因为浮力的作用，而是因为水的表面张力。 (多选)(2023·广东深圳高二期中)关于液体表面张力，下列说法中正确的有(　　) A．图甲中露珠呈球形，这是地球引力作用的结果 B．图乙中液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，产生表面张力 C．图丙中水黾可以停在水面上，是由于水的浮力作用 D．图丁中液体表面张力方向与液面平行 答案：BD 解析：题图甲中露珠呈球形，这是液体表面张力作用的结果，故A错误；题图乙中液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，分子力表现为引力，从而产生表面张力，故B正确；题图丙中水黾可以停在水面上，是由于水的表面张力作用，故C错误；题图丁中液体表面张力方向与液面平行，故D正确。 1．液体表面张力的成因分析 (1)表面层分子间距离的特点：由于蒸发现象，液体表面层分子分布比内部分子稀疏。 (2)分子力的特点：液体内部分子间距离较小，分子力表现为斥力；而液体表面层分子之间距离较大，分子力表现为引力。 (3)表面张力是液体分子间作用力的宏观表现。 2．表面张力的特点 (1)大小：由分界线的长度、液体的种类、纯净度和温度等因素决定。 (2)方向：表面张力的方向和液面相切，垂直于分界线。 (3)作用效果：表面张力使液体表面具有收缩的趋势，而且使液体表面积趋于最小。　　 学生用书↓第36页 针对练．(多选)把一条细棉线的两端系在铁丝环上，棉线处于松弛状态，将铁丝环浸入肥皂液里，拿出来时环上留下一层肥皂液的薄膜，这时薄膜上的棉线仍是松弛的，如图所示。用烧热的针刺破某侧的薄膜，观察到棉线的形状，图中所标的箭头方向合理的是(　　) 答案：AC 解析：先把棉线圈拴在铁丝环上，再把环在肥皂液里浸一下，使环上布满肥皂液薄膜，膜中分子间的距离比液体内部大一些，分子间的相互作用表现为引力，所以产生收缩效果；用烧热的针刺破一侧的薄膜，另一侧的水膜具有收缩趋势，能使其面积最小，故A、C正确，B错误；题目已经说明用烧热的针刺破某侧的薄膜，故不可能出现题图D这种情况，故D错误。 知识点二　毛细现象 [情境导学]　(1)如图甲、乙所示，将水滴在玻璃表面，水逐渐散开并附着在玻璃板上；将水滴在涂了石蜡的玻璃板表面，水滴可以在蜡面上滚来滚去。水分子与玻璃分子间的作用力和水分子与石蜡分子间的作用力是否相同？ (2)如图丙所示，在灌溉完土地后，农民伯伯往往利用翻松地表土壤的方法来保存土壤里的水分，你知道这是为什么吗？ 提示：(1)否。 (2)把地表土壤锄松，破坏了土壤表层的毛细管，地下的水分就不会沿毛细管上升到地面而被蒸发掉。 (阅读教材P35－P37完成下列填空) 1．浸润和不浸润 (1)浸润：液体与固体的接触面有扩张的趋势，液体会附着在固体上的现象。 (2)不浸润：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的现象。 (3)浸润和不浸润现象产生的原因 ①在液体与固体接触的地方有薄薄的一层液体，称为附着层。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。 ②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。 ③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。 2．毛细现象 (1)定义：浸润液体在细管中上升，不浸润液体在细管中下降的现象。 (2)产生原因：毛细现象是液体的浸润(或不浸润)与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。而表面张力使弯曲的液面有收缩的趋势，这使得弯曲液面A点处液体的压强不再与大气压相等，而是小于大气压。由于管内外液体是连通的，则管内B点处的压强等于大气压，A、B两点处的压强差使得管内液体上升，如图甲所示。 (3)特点：管的内径越细，毛细现象越明显。若管的内径越细，则弯曲液面形成的压强差越大，液体上升得越高，如图乙所示。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，如图丙所示。 学生用书↓第37页 [问题探究]　要想把凝固在衣料上的蜡迹去掉，可以把两层棉纸分别放在蜡迹处衣服的上面和下面，然后用热熨斗在棉纸上来回烫熨。为什么这样做可以去掉衣料上的蜡迹？ 提示：因为放在衣料上的吸附性极好的棉纸内有许多细小的孔道起着毛细管的作用，当蜡受热熔化成液体后，由于毛细现象，它们就被纸吸掉了。 (2023·广东茂名第一中学校考)两端开口的洁净玻璃管竖直插入液体中，管中液面如图所示，则(　　) A．该液体对玻璃是不浸润的 B．玻璃管竖直插入任何液体中，管中液面都会下降 C．减小管的直径，管中液面会上升 D．液体和玻璃间的相互作用比液体分子间的相互作用强 答案：A 解析：根据题图可知，液体与玻璃的附着层沿固体表面收缩，则该液体对玻璃是不浸润的，故A正确；玻璃管与其他液体有可能浸润，管中液面会上升，故B错误；不浸润液体中，减小管的直径，管中液面会进一步下降，故C错误；在不浸润现象中，液体和玻璃间的相互作用比液体分子间的相互作用弱，故D错误。故选A。 浸润和不浸润是发生在两种材料(液体与固体)之间的，与这两种物质的性质都有关系，不能单说哪一种材料浸润或不浸润。例如：水能浸润玻璃，但不能浸润石蜡；水银不能浸润玻璃，但能浸润铅。　　 针对练1. 下列对浸润与不浸润现象的认识正确的是(　　) A．水银能浸润铅，说明水银是浸润液体 B．浸润现象中，附着层里分子比液体内部分子稀疏 C．不浸润现象中，附着层里的分子受到固体分子的吸引较液体内部分子的吸引强 D．不浸润现象中，附着层里分子间表现出引力；浸润现象中，附着层里分子间表现出斥力 答案：D 解析：一种液体是否浸润某种固体，与这两种物质的性质均有关，不能说哪种液体是浸润液体或不浸润液体，A错误；在浸润现象中，附着层里分子受到固体分子的吸引力较液体内部分子的吸引力大，附着层里分子分布比液体内部更密，因而在附着层里液体分子表现出相互排斥的力，附着层有扩张的趋势，在不浸润现象中则相反，B、C错误，D正确。 针对练2.(多选)水对玻璃是浸润液体，而水银对玻璃是不浸润液体，水和水银在毛细管中将产生上升或下降的现象，现把不同粗细的三根毛细管分别插入水和水银中，如图所示，正确的现象应是(　　) 答案：AD 解析：浸润液体在细管中上升以及不浸润液体在细管中下降的现象为毛细现象，管内径越小，毛细现象越明显，故A、D正确，B、C错误。 1.在完全失重状态下的宇宙飞船中，液体表面的形状将是(　　) A．椭球形表面 B．球形表面 C．和容器形状有关 D．不能确定 答案：B 解析：液体在太空中受到的重力充当向心力，同时由于液体的表面张力作用，液体在太空中形成球形表面，而不是地面上的椭球形表面，A、C、D错误，B正确。 2．(多选)(2023·广东肇庆高二期末)下列现象中，能说明液体存在表面张力的有(　　) A．悬浮在水中的花粉做无规则运动 B．叶面上的露珠呈球状 C．绸布伞有缝隙但不漏雨水 D．滴入水中的红墨水很快散开 答案：BC 解析：悬浮在水中的花粉做的无规则运动是布朗运动，是液体分子无规则热运动的反映，与表面张力无关，故A错误；叶面上的露珠存在表面张力，它表面的水分子表现为引力，从而使它收缩成一个球状，与表面张力有关，故B正确；由于雨水表面存在表面张力，虽然绸布伞有缝隙，但不漏水，与表面张力有关，故C正确；滴入水中的红墨水很快散开是扩散现象，是分子无规则热运动的反映，故D错误。 3.(多选)将不同材料做成的两根管子A和B插入同一种液体中，A管内的液面比管外液面高，B管内的液面比管外液面低，那么(　　) A．该液体对B管壁是浸润的，对A管壁是不浸润的 B．该液体对A管壁是浸润的，对B管壁是不浸润的 学生用书↓第38页 C．A管内发生的是毛细现象，B管内发生的不是毛细现象 D．A管和B管发生的都是毛细现象 答案：BD 解析：由题图可知，该液体对A管壁是浸润的，对B管壁是不浸润的，A错误，B正确；浸润液体在细管里上升的现象和不浸润液体在细管里下降的现象均为毛细现象，C错误，D正确。 4．以下与液体有关的自然现象中，对其物理分析正确的是(　　) A．鸭子从池塘中出来，羽毛并不湿，这属于毛细现象 B．唐诗《观荷叶露珠》中有“霏微晓露成珠颗”一句，诗中荷叶和露水表现为浸润 C．小昆虫能在水面上自由走动与表面张力无关 D．为保存地下的水分要把地面的土壤锄松，这是为了破坏土壤中的毛细管 答案：D 解析：鸭子从池塘中出来，羽毛并不湿是不浸润现象，A错误；露珠成球状，荷叶和露水表现为不浸润，B错误；小昆虫能在水面上自由走动，与液体表面张力有关，C错误；为保存地下的水分就要把地面的土壤锄松，这是为了破坏土壤中的毛细管，防止毛细现象的发生，D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$