物理粵教版選修3-3學(xué)案第二章第五節(jié)液體的表面張力

第五節(jié)液體的表面張力1．知道液體微觀結(jié)構(gòu)的特點，知道顯示液體表面張力的現(xiàn)象．2．知道液體表面層的特點，知道液體表面張力產(chǎn)生的原因．3．能用液體表面張力產(chǎn)生的原因解釋有關(guān)的現(xiàn)象．池塘里，水面上的一只小昆蟲或跑來跑去，或停留在水面上，不會陷入水中；雨過天晴，蜘蛛網(wǎng)上掛滿了晶瑩的小水珠；清晨，草葉上的露珠宛如晶瑩剔透的珍珠，閃閃發(fā)亮．小昆蟲在池塘里為什么不會陷入水中？蜘蛛網(wǎng)上的小水珠、草葉上的小露珠、吹出的肥皂泡、天上落下來的雨滴為什么都呈球形？提示：液體表面存在表面張力．在自然界中，我們可以看到很多表面張力的現(xiàn)象和對張力的運用．比如，露水總是盡可能地呈球形，而某些昆蟲利用表面張力可以停留在水面上．一、液體的表面現(xiàn)象1．肥皂膜實驗現(xiàn)象(1)用熱針刺破鐵絲環(huán)上松弛棉線左側(cè)的肥皂膜，右側(cè)液膜收縮，使棉線向右張緊．(2)用熱針刺破鐵絲環(huán)上松弛棉線右側(cè)的肥皂膜，左側(cè)液膜收縮，使棉線向左張緊．(3)用熱針刺破鐵絲環(huán)中肥皂膜中心棉線圈內(nèi)的肥皂膜，棉線圈外的肥皂膜收縮，使棉線張緊，形成圓形．2．實驗結(jié)論：液體表面好像張緊的橡皮膜一樣，具有收縮的趨勢．二、液體的表面張力及其微觀解釋1．液體的表面層(1)概念：液體跟氣體接觸的表面存在一個薄層，叫做表面層．(2)特點：表面層內(nèi)分子間的距離大于r0，因此分子間的相互作用表現(xiàn)為相互吸引．2．液體的表面張力(1)定義：如果在液體表面任意畫一條線，線兩側(cè)的液體之間的作用力是引力，它的作用是使液體表面繃緊，所以叫做液體的表面張力．(2)形成原因：液體表面具有收縮的趨勢，這是因為在液體內(nèi)部分子引力和斥力可以認為相等，而在表面層里分子間距較大，分子間的相互作用力表現(xiàn)為引力的緣故．一、表面張力的微觀解釋1．液體的表面張力的形成(1)分子間距特點：由于蒸發(fā)現(xiàn)象，液體表面分子分布比內(nèi)部分子稀疏．(2)分子力特點：液體內(nèi)部分子間引力、斥力基本上相等，而液體表面層分子之間距離較大，分子力表現(xiàn)為引力．(3)表面特性：表面層分子之間的引力使液面產(chǎn)生了表面張力，使液體表面形成一層繃緊的膜．(4)表面張力的方向：表面張力的方向和液面相切，垂直于液面上的各條分界線．如圖所示．2．表面張力及其作用(1)表面張力使液體表面具有收縮趨勢，使液體表面積趨于最?。隗w積相同的條件下，球形的表面積最?。纾党龅姆试砼莩是蛐?，滴在潔凈玻璃板上的水銀滴呈球形．(但由于受重力的影響，往往呈扁球形，在完全失重條件下才呈球形)(2)表面張力的形成原因是表面層(液體跟空氣接觸的一個薄層)中分子間距離大，分子間的相互作用表現(xiàn)為引力．(3)表面張力的大小除了跟邊界線長度有關(guān)外，還跟液體的種類、溫度有關(guān)．表面張力使液面有收縮的趨勢，故往往會誤認為收縮后r＜r0.實質(zhì)上液體表面張力是液體表面層分子間距離大于分子間平衡距離r0時，表現(xiàn)出的分子間的吸引力．二、液體內(nèi)部和表面層分子的分布有什么特點？1．液體內(nèi)部分子的運動特點在液體內(nèi)部，每個分子周圍有許多分子．當某個分子從平衡位置向某一方向運動時，它一方面要受到所離開的那個方向的分子的吸引，另一方面又要受到所靠攏的那個方向的分子的排斥．引力和斥力的數(shù)量級相同，通常可認為其大小相等，因此，液體內(nèi)部分子只能在平衡位置附近振動．2．液體表面分子的分布液體表面附近的分子由平衡位置向外運動時，因為外部空氣和蒸汽分子對它的斥力很小，不起顯著作用，它只受到內(nèi)部分子的吸引力，因此使它恢復(fù)到平衡位置的作用力就沒有在液體內(nèi)部時大，使得表面層里的分子振動的振幅要比液體內(nèi)部分子的振幅大，一些動能大的分子就有可能沖出吸引力范圍，成為蒸汽分子，結(jié)果形成表面層里的分子分布比液體內(nèi)部的分子分布稀疏，分子之間的距離就比較大(r＞r0)．類型一生活中的表面張力現(xiàn)象【例題1】(雙選)以下說法中正確的是()A．小昆蟲能在水面上自由來往而不陷入水中靠的是液體表面的張力作用B．小木塊能夠浮在水面上是液體表面張力與其重力平衡的結(jié)果C．縫衣針浮在水面上不下沉是重力和水的浮力平衡的結(jié)果D．噴泉噴射到空中形成一個個球形的小水珠是表面張力作用的結(jié)果解析：仔細觀察可以發(fā)現(xiàn)，小昆蟲在水面上停留或行進過程中，其腳部位置比周圍水面稍下陷，但仍在水面上而未陷入水中，就像踩在柔韌性非常好的膜上一樣，因此，這是液體的表面張力在起作用．浮在水面上的縫衣針與小昆蟲情況一樣，故選項A正確，C錯誤．小木塊浮在水面上時，木塊的下部實際上已經(jīng)陷入水中(排開一部分水)受到水的浮力作用，是浮力與重力平衡的結(jié)果，而非表面張力在起作用，因此，B選項錯誤．噴泉噴到空中的水分散時每一小部分的表面都有表面張力在起作用且又處于失重狀態(tài)，因而形成球狀水珠(體積一定的情況下表面積最小為球形，表面張力的作用使液體表面有收縮到最小面積的趨勢)，故選項D正確．答案：AD題后反思：(1)表面張力僅是產(chǎn)生向上的力的原因，它不是向上的力，而是表面各部分相互吸引的力．(2)液體表面施加的向上的力屬彈力范疇，是表面要恢復(fù)形變引起的(恢復(fù)形變的力源于表面張力)；不同于浮力，浮力是浸入液體中的物體上下表面所受的壓力差．類型二表面張力的微觀解釋【例題2】(雙選)下列敘述中正確的是()A．液體表面張力隨溫度升高而增大B．液體盡可能在收縮它們的表面積C．液體表面層的分子比液體內(nèi)部的分子有更大的勢能D．液體表面層的分子分布要比液體內(nèi)部分子分布緊密些解析：這是有關(guān)液體表面分子相互作用的問題，液體的表面層由于和氣體接觸與內(nèi)部情況不同，表面層分子的分布要比內(nèi)部稀疏，這樣分子間就表現(xiàn)為引力，即表面張力，液體表面就有收縮到最小的趨勢．隨著溫度的升高，表面層分子距離增大，引力作用隨之減小，所以表面張力減?。谝后w內(nèi)，分子間的引力基本等于斥力，當r＝r0時，分子勢能最小，在表面層r＞r0，分子勢能比液體內(nèi)部的分子勢能大．答案：BC題后反思：表面層液體分子間距離大于r0，升溫時，表面層分子距離增大，要克服分子引力做功，液體分子勢能增大，而由分子間作用力的特點可知表面張力將隨分子間距的增大而減?。?關(guān)于液體的表面張力，下列說法中錯誤的是()A．表面張力是液面各部分間相互吸引的力B．表面張力是液體表面層中任一分界線兩側(cè)大量分子相互作用力的宏觀表現(xiàn)C．表面層里分子分布要比液體內(nèi)部稀疏些，分子力表現(xiàn)為引力D．表面層里分子距離比液體內(nèi)部小些，分子力表現(xiàn)為引力答案：D2下列關(guān)于液體表面張力的說法中，正確的有()A．液體表面張力的存在，使得表面層內(nèi)分子的分布比內(nèi)部要密些B．液體表面層分子間的引力大于液體內(nèi)部分子間的引力，因而產(chǎn)生表面張力C．液體表面層分子間只有引力而無斥力是產(chǎn)生表面張力的原因D．表面張力使液體表面有收縮到最小的趨勢答案：D3下列現(xiàn)象中哪個不是由表面張力引起的()A．使用鋼筆難以在油紙上寫出字B．布傘有孔，但不漏水C．草葉上的露珠呈球形D．