2.4 液体的表面张力-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修第三册（粤教版2019）

第四节　液体的表面张力 [学习目标]　1.了解液体的表面张力现象，能解释液体表面张力产生的原因(重点)。2.了解浸润和不浸润现象，理解毛细现象产生的原因(难点)。 一、表面张力 如图所示是液体表面附近分子分布的大致情况。请结合图片思考：液体表面层内的分子间距离和分子力各有什么特点？ 答案　液体表面层内分子比较稀疏，分子间距离r略大于r0，分子间的作用力表现为引力。 1．表面层：从微观角度看，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： (1)定义：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表面张力。 (2)方向：总是跟液面相切，且与分界面垂直。在液体表面任意画一条线MN，MN两侧的液体之间的引力方向如图所示。 (3)成因：液体表面层分子比较稀疏，分子间的作用力表现为引力，该引力使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。 3．作用效果：使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。 4．影响因素：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。 1．小昆虫、缝衣针在水面上不下沉与小木块浮在水面上的道理相同吗？ 答案　不同。小昆虫、缝衣针能在水面上不下沉是液体表面张力在起作用。小木块浮在水面上是重力和水的浮力平衡的结果。 2．把玻璃管的裂口放在火焰上烧熔，它的尖端就会变钝(如图)。这是什么缘故？ 答案　由玻璃熔化变成液体后，其表面受到表面张力的作用，使表面收缩，玻璃管尖端变钝。 例1　下列关于液体表面张力的说法中，正确的是(　　) 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集些 B．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，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．液体表面张力的方向指向液体内部，使液体表面有收缩趋势 答案　B 解析　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，B正确，A错误；液体表面层分子间既有引力又有斥力，但引力大于斥力，从而表现为引力，C错误；液体表面张力的方向总是跟液面相切，D错误。 例2　(多选)(2022·肇庆市高二期末)下列现象中，能说明液体存在表面张力的有(　　) A．水黾(一种昆虫)可以停在水面上 B．叶面上的露珠呈球形 C．滴入水中的红墨水很快散开 D．悬浮在水中的花粉做无规则运动 答案　AB 解析　由于表面张力的存在，使得液体表面如同一张绷紧的膜，富有弹性且具有使液体收缩到最小的趋势，水黾可以停在水面上，叶面上的露珠呈球形都是由于存在表面张力，故选项A、B正确；滴入水中的红墨水很快散开是扩散现象，悬浮在水中的花粉做无规则运动是由于水分子在做无规则运动，故选项C、D错误。 例3　(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　肥皂液薄膜表面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，另一侧的薄膜具有收缩趋势，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D项这种情况，故D错误。 二、毛细现象 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；将水滴在石蜡表面，水滴可以在蜡面上滚来滚去。这说明了什么？ 答案　水可以润湿玻璃，但水不润湿石蜡。 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)浸润和不浸润的形成原因 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。如图甲所示，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。 (3)特点：管的内径越细，毛细现象越明显。 1. 如图所示，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？ 答案　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。 2．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？ 答案　因为放在衣料上的吸附性极好的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。 例4　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排斥力 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，附着层有扩展的趋势，在不浸润现象中，则相反，B、C错误，D正确。 特别提醒　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。 例5　(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，现象越明显，故A、D正确，B、C错误。 课时对点练 考点一　表面张力 1．(2022·四川遂宁市高二期末)下列关于表面张力的说法正确的是(　　) A．表面张力是液体内部分子间作用力引起的 B．表面张力能让液面具有收缩趋势，在太空失重环境下，液滴呈球形 C．表面张力方向与液体表面垂直且向上 D．表面张力是由于液体表面层分子间距离小于液体内部分子间距离，且小于分子平衡距离，表面层液体分子作用力表现为斥力而产生 答案　B 解析　表面张力是由于液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离，表面层液体分子作用力表现为引力而产生的，A、D错误；表面张力能让液面具有收缩趋势，在太空失重环境下，液滴呈球形，B正确；表面张力方向沿液体表面切线方向，C错误。 2．(多选)下列现象中，由于液体的表面张力而引起的是(　　) A．液体与固体、气体不同，它在不同容器内，尽管形状不同，但体积相同 B．两滴水银相互接触，立即合并成一滴 C．新的棉织品水洗后都要缩水 D．小昆虫能在水面上自由走动 答案　BCD 解析　同一体积的液体在不同容器内有不同的形状，这是由液体分子的排列规律决定的，与表面张力无关，而两滴水银接触后合并、新的棉织品水洗后缩水、小昆虫在水面上走动，都是由液体的表面张力引起的，故选B、C、D。 3. 如图所示，金属框上阴影部分表示肥皂膜，它被棉线分割成a、b两部分。若将肥皂膜的a部分用热针刺破，棉线的形状是下列选项图中的(　　) 答案　D 解析　肥皂膜未被刺破时，作用在棉线两侧的表面张力互相平衡，棉线可以有任意形状。当把a部分肥皂膜刺破后，在b部分肥皂膜表面张力的作用下，棉线将绷紧，因液体表面有面积收缩到最小的趋势，选项D正确。 4．(多选)(2022·深圳市高二期中)关于液体表面张力，下列说法正确的有(　　) A．甲图中露珠呈球形，这是地球引力作用的结果 B．乙图中的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．丙图中水黾可以停在水面上，是由于水的浮力作用 D．丁图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。 考点二　浸润、不浸润及毛细现象 5．(多选)(2022·山西运城市高二月考)下列说法中正确的有(　　) A．因为水银滴在玻璃板上成椭球状，所以说水银是一种不浸润液体 B．液体对固体是否发生浸润现象，是由液体和固体两者的性质共同决定的 C．在人造卫星中，由于一切物体都处于完全失重状态，所以一个固定着的容器中装有浸润其器壁的液体时，必须用盖子盖紧，否则容器中的液体一定会沿器壁流散 D．当A液体和B固体接触时，是发生浸润现象还是发生不浸润现象，关键决定于B固体分子对附着层A液体分子的吸引力是比液体内的分子对附着层分子吸引力大些还是小些 答案　BCD 解析　浸润与不浸润是由液体和固体共同决定的；液体浸润固体，附着层面积要扩张，不浸润固体附着层面积要收缩；水银不浸润玻璃，但可能浸润其他固体，故A错误，B正确。在处于完全失重状态的人造卫星上，如果液体浸润其器壁，液体和器壁的附着层就会扩张，沿着器壁流散，故必须用盖子盖紧，故C正确。D选项说明了发生浸润和不浸润现象的微观原理，故D正确。 6．(多选)关于甲、乙两图，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 答案　AC 解析　题图甲为浸润现象，题图乙为不浸润现象，A正确，B错误；根据浸润与不浸润的特点可知，浸润时，附着层的液体分子比液体内部的分子间距小，不浸润时，附着层的液体分子比液体内部的分子间距大，C正确，D错误。 7．(多选)(2022·山东临沂市高二月考)把极细的玻璃管分别插入水中与水银中，如图所示，能正确表示毛细现象的是(　　) 答案　AC 8．(多选)下列情况属于毛细现象的是(　　) A．墨水瓶被打翻了，用粉笔可以把墨水吸干 B．洗头的时候，头发聚在一起 C．植物根部的养分，能升到植物的上部 D．自来水笔灌墨水时，把皮管按几下，墨水就被吸到皮管里去了 答案　AC 解析　墨水瓶被打翻了，用粉笔可以把墨水吸干，属于毛细现象，选项A正确；洗头的时候，头发聚在一起，是表面张力的作用，选项B错误；植物根部的养分，能升到植物的上部，是毛细现象，选项C正确；自来水笔灌墨水时，把皮管按几下，墨水就被吸到皮管里去了，这是大气压的作用，选项D错误。 9．(多选)(2022·河北张家口市高二期末)随着科技的发展，人类对物质的认识不断深入，使很多现象有了较为正确的解释。下列说法正确的是(　　) A．脱脂棉脱脂的目的在于使它从不被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液 B．给农田松土的目的是破坏土壤里的毛细管，使地下的水分不会被快速引上来而蒸发掉 C．布制的雨伞伞面能明显看到线的缝隙，但雨伞不漏雨水主要是因为液体存在表面张力的作用 D．鸭子从池塘中出来，羽毛并不湿，这属于毛细现象 答案　ABC 解析　脱脂棉脱脂的目的在于使它从不被水浸润变为可以被水浸润，以便吸取药液，故A正确；给农田松土的目的是破坏土壤里的毛细管，使地下的水分不会被快速引上来而蒸发掉，故B正确；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液体存在表面张力的作用，故C正确；鸭子从池塘中出来，羽毛并不湿是不浸润现象，故D错误。 10．(多选)(2022·中山市华侨中学期末)2022年3月23日，天宫号空间站上的三名宇航员王亚平、翟志刚、叶光富，给全国的观众带来了一堂精彩的天宫授课，其中宇航员们做了一个“液桥”实验。将水分别挤在两块透明板上，水球状似倒扣着的碗，如图甲所示。将两板慢慢靠近，两个水球“碗底”挨“碗底”，液桥形成，一座中间细、两头粗的“桥”将两块板相连，如图乙所示；再将两板拉远，液桥变得更细、更长，仍然没有断开。下列说法正确的是(　　) A．液桥形成的根本原因是空间站中的失重环境 B．液桥形成的根本原因是水的表面张力的作用 C．水和透明板是不浸润的 D．液体的表面张力在表面层的切面内各个方向都存在 答案　BD 解析　液桥形成的根本原因是水的表面张力的作用，故A错误，B正确；因为液桥表现为中间细、两头粗的特点，即附着层液体分子间表现为斥力，所以水和透明板是浸润的，故C错误；液体的表面张力在表面层的切面内各个方向都存在，故D正确。 11. (2022·中山市高二期末)合格的一次性医用外科口罩内侧所用材料对水都是不浸润的，图为水滴在一次性医用外科口罩内侧的照片，对此，以下说法正确的是(　　) A．照片中的口罩和水滴发生了浸润现象 B．照片中水滴表面层分子比水滴的内部分子密集 C．照片中水滴呈扁球状是液体表面张力和重力共同作用的结果 D．水对所有材料都是不浸润的 答案　C 解析　由题知合格的一次性医用外科口罩内侧所用材料对水都是不浸润的，照片中的口罩和水滴发生了不浸润现象，A错误；照片中水滴为扁球状，水滴表面层分子比水的内部分子间距大，分子之间的作用力表现为引力，使水滴表面有收缩的趋势，则照片中水滴表面层分子应比水的内部稀疏，B错误；照片中水滴呈扁球状是液体表面张力和重力共同作用的结果，C正确；水不是对所有材料都是不浸润的，比如水可以浸润玻璃，D错误。 12. 某种液体分别滴在甲、乙两种材料表面时状况如图，若在轨运行的空间站中有用乙材料制成的密闭容器，内置一定量的此种液体，则容器内液体(图中阴影区域)的分布情况可能是(　　) 答案　B 解析　容器与液体所受万有引力均提供容器与液体做匀速圆周运动的向心力。液体受到表面张力的作用，使其自由表面收缩到最小状态，液体的自由表面呈球形；由题图可知液体对于乙材料是不浸润的，容器内液体的分布情况可能是B图中的情况。故选B。 学科网（北京）股份有限公司 $$