2.4 液体的表面张力（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（粤教版2019）

第四节　液体的表面张力 课程内容要求 核心素养提炼 1.知道液体表面张力，学会应用液体表面分子间的作用力解释表面张力现象． 2．知道浸润和不浸润以及毛细现象． 1.物理观念：液体表面张力、浸润和不浸润、毛细现象． 2．科学思维：应用液体表面分子间作用力的观点解释液体表面张力、浸润不浸润和毛细现象． [对应学生用书P37] 1．表面层：液体跟气体接触的表面存在的一个薄层，它使液体表面具有收缩的趋势． 2．液体内部和表面层内分子力的比较 在液体内部，分子间平均距离r略小于r0，分子间的作用力表现为斥力；在表面层，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． 3．液体的表面张力 (1)定义：这种力使液体表面绷紧，叫作液体的表面张力． (2)作用效果：使液体表面具有收缩趋势． (3)力的方向：总是跟液面相切，且与分界面垂直． [判断] (1)昆虫可以停在水面上是由于受液体的浮力．(×) (2)液体的表面具有收缩的趋势，所以会产生表面张力．(√) 1．浸润和不浸润 (1)一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上，这种现象叫作浸润 ；一种液体不会润湿某种固体，也就不会附着在这种固体的表面，这种现象叫作不浸润．实验表明，水可以浸润玻璃，但水不浸润蜡． (2)当液体和与之接触的固体的相互作用比液体分子之间的相互作用强时，液体能够浸润固体；反之，液体则不能浸润固体．一种液体是否浸润某种固体，与这两种物质的性质都有关系． (3)浸润和不浸润是分子力作用的表现． 2．毛细现象 (1)毛细现象：浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象，称为毛细现象． (2)毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关，毛细管的内径越小，高度差越大． (3)由于液体浸润管壁，液面呈如图所示的形状，液面弯曲．液体表面张力形成向上的拉力，这个力使管中液体向上运动．当管中液体上升到一定高度时，液体所受重力与这个使它向上的力平衡，液面稳定在一定的高度． [思考]　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中的水分，你知道这是为什么吗？ 提示　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蒸发掉． [对应学生用书P38] 探究点一　液体表面张力的理解 为什么曲别针没有沉入到烧杯的底部？为什么水黾可以停在水面上？ 提示　曲别针和一些昆虫可以停在水面上表明液体表面存在表面张力的作用． 对液体表面张力的理解 定义 液面各部分间相互吸引的力 形成原因 表面层中分子间的距离比液体内部分子间的距离大，分子间的相互作用力表现为引力 表面特性 表面层分子间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面好像一层绷紧的弹性薄膜 方向 和液面相切，垂直于液面上的各条分界线 效果 表面张力使液面表面具有收缩趋势，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 大小 与边界线的长度、液体的种类、温度都有关 (多选)如图所示，a、b是航天员王亚平在“天宫一号”实验舱做水球实验时水球中形成的气泡，a、b两气泡温度相同且a的体积大，气泡内的气体视为理想气体，则下列说法正确的是(　　) A．水球呈球形是表面张力作用的结果 B．此时水球内的水分子之间只有引力 C．a内气体的分子平均动能比b的大 D．在水球表面滴一小滴红墨水，若水球未破，最后水球将呈红色 AD　[液体表面张力是分子间相互作用的结果．就水来说，内部的水分子处于其他水分子的包围之中，各个方向分子的引力会相互抵消．但是表层水分子受到的内部水分子引力远大于外部空气分子的引力．所以，表面的水分子永远受到指向液体内部的力，总是趋向内部移动．这样，液体总是会力图缩小其表面积．而同样体积的物体，球体的表面积最小，所以A项正确；分子之间引力和斥力同时存在，B项错误；温度是衡量分子平均动能的标准，因为两部分气体温度相同，所以气体分子的平均动能相同，C项错误；由于分子的扩散，在水球表面滴一小滴红墨水，若水球未破，最后水球将呈红色，D项正确．] [训练1]　如图所示，先把一个棉线圈拴在铁丝环上，再把铁丝环在肥皂液里浸一下，使铁丝环上布满肥皂液薄膜．如果用热针刺破棉线圈里那部分薄膜，则棉线圈将成为圆形，主要原因是(　　) A．液体表面层分子间的斥力作用 B．液体表面受重力作用 C．液体表面的张力作用 D．棉线圈的张力作用 C　[由于液体表面层内分子间距离比较大，液体表面张力使得液体表面具有收缩的趋势，故松弛的棉线圈变为圆形，C项正确．] 探究点二　浸润、不浸润及毛细现象 分析以下四个图中，哪几个是浸润现象？ 提示　B、C两个图为浸润现象． 1．浸润和不浸润现象成因分析 (1)固体和液体接触面内分子受力情况：液体和固体接触时，接触面内分子除受液体内部的分子吸引外，还受到固体分子的吸引． (2)浸润的成因：当固体分子对液体分子的吸引力大于液体内部分子力时，固液接触层内液体分子比液体内部分子稠密，固液接触层中分子之间表现为斥力，具有扩张的趋势，这时表现为液体浸润固体． (3)不浸润的成因：当固体分子对液体分子的吸引力小于液体内部分子力时，固液接触层内液体分子比液体内部分子稀疏，固液接触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．毛细现象 (1)两种表现：浸润液体在细管中上升，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－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． (多选)同一种液体，滴在A固体的表面时，出现如图甲所示的情况；当把B毛细管插入这种液体时，液面出现图乙所示的情况．若A固体和B毛细管都很干净，则(　　) A.A固体和B毛细管可能是同种材料 B．A固体和B毛细管一定不是同种材料 C．A固体的分子对液体附着层内分子的引力比B毛细管的分子对液体附着层内分子的引力小些 D．液体对B毛细管浸润 BCD　 [由题图所示现象可知，该液体对A固体不浸润，对B毛细管浸润，所以A、B一定不是同种材料，A错误，B、D正确；根据浸润与不浸润的特点可知，浸润时，附着层内的分子引力小于固体对分子的引力；而不浸润时，附着层内的分子引力大于固体对分子的引力，所以A固体的分子对液体附着层内分子的引力比B毛细管的分子对液体附着层内分子的引力小些，C正确．] [训练2]　(多选)如图所示，液体表面跟气体接触的薄层，被称为表面层，固体与液体的表面接触的薄层，被称为附着层，对于液体在器壁附近发生弯曲的现象，下列说法正确的是(　　) A.表面层Ⅰ内分子的分布比液体内部疏 B．表面层Ⅱ内分子的分布比液体内部密 C．附着层Ⅰ内分子的分布比液体内部密 D．附着层Ⅱ内分子的分布比液体内部疏 ACD　[表面层内分子比液体内部疏，表现为引力，A正确，B错误；附着层Ⅰ液体分子比液体内部分子密集，附着层内液体分子间距离小于r0，附着层内分子间作用表现为斥力，附着层有扩散趋势，C正确；附着层Ⅱ内液体分子比液体内部分子稀疏，附着层内液体分子间距离大于r0，附着层内分子间作用表现为引力，附着层有收缩的趋势，D正确．] [训练3]　把极细的玻璃管插入水中与水银中，如图所示，正确表示毛细现象的是(　　) A　[因为水能浸润玻璃，所以A正确，B错误；水银不能浸润玻璃，C错误；D项中外面浸润里面不浸润，这是不可能的，故D错误．] [对应学生用书P40] 1．(表面张力)关于液体的表面张力现象，下列说法正确的是(　　) A．液体表面层的分子分布比内部密 B．液体有使其体积收缩到最小的趋势 C．液体表面层分子之间只有引力而无斥力 D．液体表面层的张力有使其表面积收缩到最小的趋势 D　[液体表面层的分子分布比内部稀疏，分子间距离大于r0，分子间作用力引力大于斥力，表面张力使液体表面积收缩到最小．] 2．(毛细现象)(多选)在做毛细现象实验时，我们可以看到的现象是(　　) A．毛细管插入水中，管内径越小，管内水面升高的越高；管内径越粗，管内水面升高的越低 B．毛细管插入水银中，管内径越小，管内水银面越高；管内径越粗，管内水银面越低 C．毛细管插入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，管内液面降低 D．毛细管插入跟它不浸润的液体中时管内液面上升，插入浸润的液体中时管内液面下降 AC　[毛细管插入水中，管内径越小，管内水面升高的越高，管内径越粗，管内水面升高的越低，故A项正确；将毛细管插入水银中，管内液面会下降，故B项错误；毛细管插入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，管内液面会降低，故C项正确，D项错误．] 3．(液晶)(多选)关于液晶，下列说法中正确的有(　　) A．液晶是一种晶体 B．液晶分子的空间排列是稳定的 C．液晶的光学性质随温度的变化而变化 D．液晶的光学性质随外加电压的变化而变化 CD　[液晶的微观结构介于固体和液体之间，虽然液晶分子在特定方向上排列比较整齐，但分子的排列是不稳定的，A、B两项错误；外界条件的微小变化都会引起液晶分子排列的变化，从而改变液晶的某些性质，温度、压力、外加电压等因素变化时，都会改变液晶的光学性质，C、D两项正确．] 4．(表面张力的现象分析)在航天飞机中，有两个圆柱体洁净玻璃容器，其中分别封装有水和水银，如图所示．当航天飞机绕地球航行处于完全失重状态时，两容器中的液面呈什么形状？ 解析　当航天飞机处于失重状态时，液体仅受表面张力的作用，使其自由表面收缩到最小状态，所以两者的自由表面都呈球形，但由于水能完全浸润玻璃，水银几乎完全不能浸润玻璃，所以水和水银的液面分别呈如图所示形状． 答案　见解析 学科网（北京）股份有限公司 $$