第二章 第四节 液体的表面张力-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第三册同步导学案配套PPT课件（粤教版）

第四节　液体的表面张力 第二章　气体、液体和固体 [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。2.了解浸润和不浸润现象,理解毛细现象产生的原因。 课时作业 巩固提升 要点1　液体的表面张力 要点2　浸润、不浸润和毛细现象 内容索引 要点1　液体的表面张力 一 4 梳理 必备知识 自主学习 1.定义:液体表面存在的使液体表面　　　　的相互作用力。  2.作用:使液体表面积趋向最　　　　。  3.表面张力的微观解释 (1)表面层:液体表面存在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)微观解释:表面层里单位体积内的分子数比液体内部　　　　,分子力表现为　　　　,使得液体表面具有收缩的趋势。  收缩 小 少　 引力 [思考与讨论] 如图,早晨草叶上的露珠晶莹剔透,水黾在水上能够静止不动,这两个看上去毫无关联的事情有什么本质上的联系?仔细观察,露珠的形状并不是标准的球形,而是稍微呈扁形,原因是什么?   提示:早晨草叶上露珠呈球形和水黾在水面上能够静止不动,都是由于液体的表面张力的作用。露珠的形状呈扁平状,是自身的重力的原因。 1.表面张力的形成原因 表面张力的形成原因是表面层中分子间距离大于r0,分子间的作用力表现为引力。 2.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。 归纳 关键能力 合作探究 3.表面张力的大小 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。 4.表面张力的作用 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)。 [例1]　关于液体的表面张力,下列说法正确的是(　　) A.在液体的表面层里,分子比较稀疏,分子间只有引力没有斥力 B.在液体的表面层里,分子比较密集,分子间只有斥力没有引力 C.液体的表面层中斥力大于引力,使得液体的表面收缩到最小,所以露珠呈球形 D.液体的表面层中引力大于斥力,使得液体的表面收缩到最小,所以露珠呈球形 D [解析]　液体表面层的分子间同时存在相互作用的引力与斥力,但由于分子间的距离大于分子的平衡距离r0,所以分子引力大于分子斥力,分子力表现为引力,即存在表面张力,表面张力使液体表面有收缩的趋势,所以露珠呈球形,故A、B、C错误,D正确。 名师点评 表面张力的特点 1.表面张力是液体分子间的作用力的宏观表现。 2.表面张力的方向与液面相切,垂直于分界线。 3.表面张力的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。 4.表面张力的作用是使液体表面积有收缩到最小的趋势。 [针对训练]　1.(多选)对下列现象的成因解释正确的是(　　) A.小木块能够浮于水面上是液体表面张力与其重力平衡的结果 B.小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中是液体的表面张力与其重力平衡的结果 C.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 D.锋利的玻璃片,用酒精灯烧一段时间后变钝了是表面张力作用的结果 CD 解析:木块浮在水面上是浮力与其重力平衡,A错误;小昆虫在水面上不下陷是液膜对其弹力与其重力平衡,B错误;水在表面张力作用下,收缩到表面积最小,即球形,C正确;玻璃烧热熔化成液体,表面张力使液体表面呈球形,所以锋利的玻璃片变钝,D正确。 2.(多选)(2024·肇庆高二期末)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(　　) 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 要点2　浸润、不浸润和毛细现象 16 1.浸润、不浸润 液体与固体的接触面有　　　　的趋势,液体　　　　在固体表面的现象叫作浸润;液体与固体的接触面有　　　的趋势,液体　　　　在固体表面的现象叫作不浸润。  梳理 必备知识 自主学习 扩张　 附着　 收缩　 不附着 2.毛细现象 (1)定义:浸润液体在细管中　　　　的现象,以及不浸润液体在细管 中　　　　的现象,称为毛细现象。  (2)特点:管的内径越细,管内外液面的高度差越　　　　。  (3)实例:植物吸收土壤中的水分是通过毛细现象将地下水通过泥土中的缝隙上升至植物的根部的;通过毛细现象,棉质的酒精灯芯将酒精输送到灯芯的顶端。 上升　 下降 大 [思考与讨论] 如图所示为大树生长和蘑菇生长时根部分布情况,越往下,根的直径怎样变化?为什么直径有这样的变化?有什么好处?如果除草时把部分树根铲断,对水分的吸收产生什么影响? 提示:越往下根的直径越小,越容易发生毛细现象,可以更好地吸取地下水,除草时部分树根被铲断,将会使树木吸收地下水分受阻。 归纳 关键能力 合作探究 1.对浸润和不浸润的理解 (1)附着层:当液体和固体接触时,接触的位置形成一个液体的薄层,叫作附着层。 (2)附着层内分子受力情况 液体和固体接触时,附着层的液体分子除受液体内部的分子吸引外,还受到固体分子的吸引。 (3)浸润的成因 当固体分子对附着层中液体分子的吸引力大于液体内部分子的吸引力时,附着层内液体分子比液体内部分子稠密,附着层中分子之间表现为斥力,具有扩展的趋势,这时表现为液体浸润固体。 (4)不浸润的成因 当固体分子对附着层中液体分子的吸引力小于液体内部分子的吸引力时,附着层内液体分子比液体内部分子稀疏,附着层中分子之间表现为引力,具有收缩的趋势,这时表现为液体不浸润固体。 2.对毛细现象的理解 (1)两种表现:浸润液体在细管中上升及不浸润液体在细管中下降。 (2)产生原因 毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系。 如图所示,甲是浸润情况,此时管内液面呈凹形,因为水的表面张力作用,液体会受到一向上的作用力,因而管内液面要比管外高;乙是不浸润情况,管内液面呈凸形,表面张力的作用使液体受到一向下的力,因而管内液面比管外低。 [例2]　(多选)把极细的玻璃管插入水与水银中,如图所示,正确表示毛细现象的是(　　) AC [解析]　因为水能浸润玻璃,所以管内外均为浸润,选项A正确,B错误;水银不浸润玻璃,选项C正确;选项D中外面浸润,里面不浸润,是不可能的,选项D错误。 名师点评 1.对同一种固体,有些液体浸润,有些液体不浸润;同一种液体,对一些固体是浸润的,对另一些固体是不浸润的。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。 2.浸润情况下,管内液面呈凹形,管内液面要比管外高;不浸润情况下,管内液面呈凸形,管内液面要比管外低。毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关,毛细管内径越小,高度差越大。 [针对训练]　3.(多选)下列说法正确的是(　 　) A.浸润液体在细管中能上升 B.不浸润液体在细管中能下降 C.鸭子从池塘中出来,羽毛并不湿是毛细现象 D.水对荷叶表面不浸润 ABD 解析:毛细管插入浸润液体中,管内液面上升,高于管外液面,故A正确;毛细管插入不浸润液体中,管内液体下降,低于管外液面,故B正确;鸭子从池塘中出来,羽毛并不湿是不浸润现象,故C错误;水对荷叶表面不浸润,故D正确。 4.关于浸润和不浸润及毛细现象,下列说法正确的是(　　) A.水银不是浸润液体,水是浸润液体 B.在内径小的容器里,如果液体能浸润容器壁,则液体在容器内上升 C.如果固体分子对液体分子的引力较弱,就会形成浸润现象 D.两端开口、内径不同的几支细玻璃管竖直插入水中,管内水柱高度相同 B 解析:液体对固体是否发生浸润现象,是由液体和固体共同决定的,A错误;如果液体浸润容器壁就会形成凹面,且液体在容器中上升,B正确;当液体和与之接触的固体分子的作用力比液体分子之间的相互作用力强时,会看到液体的浸润现象,C错误;内径不同的几支细玻璃管,管内水柱的高度不同,管越细,高度越高,毛细现象越明显,D错误。 三 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 [A组　基础巩固练] 1.下列说法正确的是(　　) A.液体表面张力是由液体分子间斥力的作用产生的 B.液体表面张力是由气体分子对表面层液体分子的吸引产生的 C.在液体的表面层里,分子间距大,分子间斥力消失,只有引力 D.由于液体表面层分子间距离大于液体内部分子间的距离,液面分子间表现为引力,所以液体表面具有收缩的趋势 D 11 解析:液体表面张力是液体表面层里的分子比液体内部稀疏,分子间的距离比液体内部大,分子力表现为引力的结果,而非气体分子对表面层液体分子的吸引产生的,故A、B错误;在液体的表面层里,分子斥力和引力同时存在,只不过引力大于斥力,分子力表现为引力而已,故C错误;液体表面张力是液体表面层里的分子比液体内部稀疏,分子间的距离比液体内部大,分子力表现为引力,液体的表面张力使液面具有收缩到液面表面积最小的趋势,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 2.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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 B 11 解析:液体表面层内分子的分布比内部要稀疏,分子力表现为引力,故A错误;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,故B正确;液体表面层分子间既有引力也有斥力,引力大于斥力是产生表面张力的原因,故C错误;表面张力方向跟液面相切,跟这部分液面的分界线垂直,故D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 3.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,羽毛却不湿,这属于浸润现象 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.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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 D 11 解析:鸭子从池塘中出来,羽毛不湿,是不浸润现象,故A错误;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不浸润,故B错误;小昆虫能在水面上自由走动正是由于表面张力的作用,故C错误;农田里如果要保存地下的水分,就要把地面的土壤锄松,这是为了破坏毛细管使地下水不容易上升,故D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 4.(多选)(2024·深圳高二期中)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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 BD 11 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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 5.若液体对某种固体是浸润的,当液体装在由这种固体物质做成的细管中时,下列说法不正确的是(　　) A.附着层分子密度大于液体内分子的密度 B.附着层分子的作用力表现为引力 C.管中的液面一定是凹形形状 D.液体跟固体接触的面积有扩大的趋势 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 B 11 解析:当液体对某种固体是浸润时,则液体表面表现为斥力,分子间距小于液体内部,附着层分子密度大于内部分子的密度,液面是凹形形状,液体跟固体接触的面积有扩大的趋势,故B错误,A、C、D正确。本题选错误的,故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 6.(多选)用干净的玻璃细管做毛细现象的实验时,可以看到(　　) A.毛细管插入水中,管越细,管内水面越高,管越粗,管内水面越低 B.毛细管插入水银中,管越细,管内水银面越高 C.毛细管插入跟它浸润的液体中时,管内液面上升,插入跟它不浸润的液体中时,管内液面下降 D.毛细管插入跟它不浸润的液体中时,管内液面上升,插入跟它浸润的液体中时,管内液面下降 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 AC 11 解析:管径很细的管子叫作毛细管。将毛细管插入液体内时,管内、外液面会产生高度差。如果液体浸润管壁,管内液面高于管外液面,且管越细,液面上升越高,管越粗,管内液面越低,水和玻璃是浸润的,故A正确;如果液体不浸润管壁,管内液面低于管外液面,管越细,管内液面越低,水银和玻璃是不浸润的,故B错误;毛细管插入跟它浸润的液体中时,管内液面上升,插入跟它不浸润的液体中时,管内液面下降,故C正确,D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 7.(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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 AC 11 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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 [B组　综合强化练] 8.由于海水表面有表面张力的作用,水珠之间相互吸引着,这样使得风很难把水珠刮起,只能够形成海浪,所以海洋上的风中只带有少量的水沫;而沙漠中的沙子却不一样,沙粒之间几乎没有作用力,所以风很容易刮起大量的沙子……根据以上规律联系所学知识请你设想,如果玻璃杯中盛有少量水银,放入在太空轨道上运动的宇宙飞船内,水银在杯子中将呈现的形状是下图中的(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 D 11 解析:在宇宙飞船内完全失重的情况下,由于重力的存在而产生的一切现象都消失;因为液体的表面张力不受失重的影响,水银不浸润玻璃,水银的形状只由表面张力来决定。在液体表面张力的作用下,水银的表面有收缩到最小的趋势,而体积一定时,球形的表面积最小,所以最终水银会呈现球形,D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 9.(多选)水对玻璃是浸润液体,而水银对玻璃是不浸润液体。它们在毛细管中将发生上升或下降的现象。现把粗细不同的三根毛细玻璃管插入水和水银中,如图所示,其中正确的现象应是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 AD 11 解析:解答本题应把握以下两点:(1)浸润液体和不浸润液体具有不同的毛细现象;(2)毛细管越细,内、外液面的高度差越大。浸润液体在毛细管内上升,管越细,上升越高;不浸润液体在毛细管内下降,管越细,下降越多,故A、D正确,B、C错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 10.用金属丝制成一个U形架,一段细长棉线两端紧扣在U形架两臂上A、B两点,细线中点O处有一扣。将U形架浸入肥皂液中再取出,U形架上形成的肥皂液膜如图所示,细线被绷紧是因为液体表面层存在表面张力,表面张力的作用是使得液面有　　　　　 　的趋势;用力拉动细线中点的扣至图中虚线位置(肥皂液膜未发生破损),肥皂液膜的内能将　　　(忽略肥皂液膜的蒸发影响)。  2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 收缩到最小 增大 11 解析:细线被绷紧是因为液体表面层存在表面张力,表面张力的作用是使得液面有收缩到最小的趋势;用力拉动细线中点的扣至图中虚线位置的过程中,拉力F对肥皂液膜做正功,所以肥皂液膜的内能将增大。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 11 [C组　培优选做练] 11.把水或油灌入小口瓶时,常在瓶口插入一根竹筷或玻璃棒,水或油就沿着竹筷或玻璃棒流入瓶中,不致流到瓶子外面,这是什么道理?如果要将水银灌入小口瓶中,能否采用竹筷或是玻璃棒?你能想出其他的方法吗? 答案:水和油对竹筷或玻璃棒是浸润液体,故能够引流　不能　可以用铜棒或锌棒引流 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 解析:水和油对竹筷或玻璃棒是浸润液体,故能够引流;水银对竹筷或玻璃棒是不浸润液体,其浸润于铜或锌,不能采用竹筷或玻璃棒引流,但可以用铜棒或锌棒引流。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 $$