2.4 液体的表面张力 课件-2024-2025学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第三册

2.4 液体的表面张力 第二章　气体、液体和固体 学习目标 1.知道表面张力、浸润、不浸润、毛细现象的概念和实验证据，并能解释相关的自然现象； 2.了解液体的微观结构，能解释表面张力、浸润与不浸润产生的原因； 3.掌握探究液体的表面张力和毛细现象的实验，学会与他人交流合作，提高动手能力和观察探究能力； 4.通过对自然现象的分析，体验科学规律的应用价值，培养探索科学的兴趣. 荷叶上的小水滴外形呈球状 草叶上的露珠外形呈球状 硬币上的水呈凸起球面形状 小水银滴外形呈球状 水黾栖息于静水面或溪流缓流水面上 实验探究：记录以下实验中的现象，并思考这些现象说明了什么. 1.把一根棉线的两端系在铁丝环上(棉线不要拉紧)，然后把铁丝环浸入肥皂水里，再拿出来，铁丝环上就布满了肥皂水的薄膜。 这时棉线圈是松弛的。 (1)用烧热的针刺破棉线a侧的薄膜， 观察薄膜和棉线发生的变化。 一、表面张力 (2)用烧热的针刺破棉线b侧的薄膜，观察薄膜和棉线发生的变化。 a b 2.把一个棉线圈系在铁丝环上，使环上布满肥皂液的薄膜，这时膜上的棉线圈仍是松弛的. 用烧热的针刺破棉线圈里的薄膜，观察棉线圈外的薄膜和棉线圈发生的变化如图 7 上述实验表明，液体的表面就像绷紧的橡皮膜一样，总是有收缩的趋势，我们可以从液体微观结构中分子力的角度来解释。 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10-9m)的薄层。位于液体表面层内的分子与液体内部分子，它们所受到的分子力是有区别的。 我们可以把分子力的作用范围认为是一个半径等于分子力有效作用距离的球，这个球称为分子作用球。由于分子斥力的有效作用距离比分子引力的有效作用距离小得多，分子斥力作用球的半径远小于分子引力作用球的半径。 设液体内有一分子A，由于分子A的分子作用球处于液体内部，液体内的分子均匀分布，对于分子A来说其分布 是球对称的，因此液体内所有分子对分 子A的斥力和引力的合力为零。 设在液体表面层内有一分子B，以分子 B为中心的分子作用球一部分在液体外， 由于分子斥力作用球的半径远小于分子引力作用球的半径，分子B的液体表面附近分子斥力作用球仍处于液体内，其受到的分子斥力仍是球对称的，但分子B所受的分子引力就不再是球对称的。 由于缺少了液体表面层外这部分分子的引力，作用在分子B上的全部分子引力的合力f垂直液面指向液体内。由此，液体表面层单位体积内的分子数目相对液体内部会更少，分子间距相对更大一些。因而表面层分子间的分子力表现为引力，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。 液体 表面层 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张力称为表面张力 正是由于表面张力的作用，液体表面这种收缩的趋势会使得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。 实验探究 1.取两块小玻璃板，在其中一块玻璃板上均匀涂上石蜡。用滴管将同样大小的两滴小水珠分别滴在这两块玻璃板上，观察两块玻璃板上水滴的形状是否相同。 二、毛细现象 有石蜡玻璃板 无石蜡玻璃板 2.取两支试管和两根两端开口的细玻璃管， 在一支试管中倒入水银，然后将一根细玻璃管紧靠试管壁插入水银中，明显可见细玻璃管中水银面与试管中的不一样高。 在另一支试管中倒入水，同样将另一根细玻璃 管插入水中，观察管内外水面是否一样高？ 除细玻璃管内外液面高度不同以外， 还可以观察到什么现象？ 通过实验可知，液体与固体接触时，因材料的不同，在其接触面会出现两种不同的情况： 一种是液体与固体的接触面有扩张的趋势，液体会附着在固体上； 另一种是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。 我们将前一种现象称为浸润，后一种现象称为不浸润。 浸润 不浸润 由上面的实验可知，水不浸润石蜡而浸润玻璃，而水银不浸润玻璃。水对不同材料的这种浸润与不浸润的性质，在实际生活与生产中有着广泛的应用。例如，鸭子用嘴把油脂涂到羽毛上，使水不能浸润羽毛；人们采用表面经过特殊涂层处理的织物来制成防水布料；医院使用脱脂棉来吸收药液等。 浸润与不浸润现象产生的原因与产生表面张力的原因相似。 在液体与固体接触的地方也有薄薄的一层液体，其性质与液体内部不同，我们称其为附着层。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。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。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。 浸润液体在细管中上升， 不浸润液体在细管中下降， 我们将这种现象称为毛细现象。 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。 若管的内径增大，则管中液体的体积与重力相应增大，且比液体面积增大得更快。因而管的内径越细，液体上升得越高。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。 20 在自然界中，植物之所以能吸收到土壤的水分，正是由于毛细现象将地下水通过泥土中的缝隙上升至植物的根部。 同样，实验室常用酒精灯也是由于 毛细现象，才使棉质的酒精灯芯自 动地将酒精输送到灯芯的顶端。 课堂练习 1．下列关于液体表面张力的理解，正确的是（ ） A．表面张力是由于液体表面发生形变引起的 B．表面张力是由于液体表面层内分子间引力大于斥力所引起的 C．表面张力是由于液体表面层内分子单纯具有一种引力所引起的 D．表面张力就其本质来说也是万有引力 解析：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些，那么分子间的引力大于分子斥力，分子间的相互作用表现为引力，即表面张力是由于液体分子间的相互作用引起的，故A、C、D错误，B正确。 B 2．(多选)如图所示，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 解析：液体表面具有收缩的趋势，即液体表面表现为张力，是液体表面分子间距离大于液体内部分子间的距离，密度较小，且液面分子间表现为引力，故表面层Ⅰ、Ⅱ内分子的 分布比液体内部疏，故A正确， B错误；附着层Ⅰ内分子与容 器壁间引力大于内部液体分子引力，附着层分子距离小，密度大，故C正确；附着层Ⅱ内分子与容器壁间吸引力小于内部液体分子引力，附着层分子距离大，密度小，故D正确。 答案：ACD 3．下列说法正确的是（ ） A．鸭子从池塘中出来，羽毛并不湿——毛细现象 B．细玻璃棒尖端放在火焰上烧溶后尖端变成球形——表面张力 C．粉笔能吸干纸上的墨水——浸润现象 D．布做的雨伞，虽然纱线间有空隙，却不漏雨水——毛细现象 解析：鸭子从池塘中出来，羽毛不湿，是不浸润现象，故A错误；细玻璃棒尖端放在火焰上烧溶后尖端变成球形，是表面张力作用的结果，故B正确；粉笔能吸干纸上的墨水，是毛细现象，故C错误；伞布是不浸润的材料，但是不漏水的主要原因是表面张力，故D错误。 B 4．玻璃烧杯中盛有少许水银，在太空轨道上运行的宇宙飞船内，水银在烧杯中呈现的形状是图中的（ ） 解析：因为水银不浸润玻璃，所以在完全失重的情况下，水银的形状只由表面张力决定。因为在表面张力作用下水银的表面积要收缩至最小，所以最终水银呈球形，选项D正确。 D 5．如图，慢慢向玻璃杯里注水，由于液面的表面张力作用，即使水面稍高出杯口，水仍不会溢出。液体的表面张力使液面具有________(选填“收缩”或“扩张”)的趋势，这是因为液体跟空气接触的表面层里，分子间的距离要比液体内部的大，分子间的相互作用表现为________(选填“引力”或“斥力”)。 解析：作为分子力的宏观表现，表面张力的作用是使液面具有收缩的趋势；液体表面层分子比较稀疏，分子作用力表现为引力。 　引力 收缩 $$