高中物理 第3章 液体 第1节 液体的表面张力知识导航素材 鲁科版选修3-3（通用）

高中物理 第3章 液体 第1节 液体的表面张力知识导航素材 鲁科版选修3-3（通用）

第1节 液体的表面张力 ‎ 思维激活 ‎1.用纸折一只小船，船尾粘一小块肥皂，轻轻放在清水盆中，纸船会自动前进一小段距离.‎ ‎2.李晓同学到某风景区爬山，山上有一水潭，水潭中的水是富含矿物质的矿泉水，李晓发现水潭底部有许多硬币，可能是游客投掷的，令人惊奇的是，居然还有硬币在水面上.‎ ‎3.小孩玩的吹泡泡游戏，吹出的肥皂泡是球形.‎ ‎4.把毛巾一端放到水里，不一会儿另一端也会变湿.‎ 怎么解释这些现象呢？‎ 提示：这些现象都与液体的性质有关，要想解释这些现象，必须了解液体的微观结构.本节将从液体的微观结构入手，研究液体分子运动的特点，进一步揭示液体的表面张力、浸润、毛细等现象.‎ 自主整理 一、液体的表面张力 ‎1.实验表明：液体表面具有__________的趋势，这是因为在液体内部分子引力和斥力可以认为相等，而在表面层里分子间距__________，分子间的相互作用力表现为__________的缘故.液面各部分间的相互吸引的力叫做__________.‎ ‎2.液体和气体相接触的一个薄层叫__________，液体和固体相接触的一个薄层叫__________.‎ 二、液体的微观结构 ‎1.液体分子密集在一起，具有__________不易压缩.‎ ‎2.分子间距接近__________，相互作用力很大.‎ ‎3.液体分子在很小的区域内有规则排列，此区域是暂时形成的，边界和大小随时改变，并且杂乱无章地排列，因而液体表现出____________________.‎ ‎4.液体分子的热运动虽然与固体分子类似，但无长期固定的平衡位置，可在液体中移动，因而显示出__________性，且扩散比固体__________.‎ 高手笔记 ‎1.实验表明：液体的表面都类似于张紧的弹性薄膜，具有收缩的趋势；液体表面这种收缩的趋势，使露珠、乳滴等变成球形.‎ ‎2.液体与气体接触的表面形成一薄层，叫表面层.由于表面层上方是气体，所以表面层内的液体分子受到周围分子作用力小于液体内部分子，表面层里的分子要比液体内部分子稀疏一些，这样表面层分子间引力比液体内部更大一些.在液体内部分子间引力和斥力处于平衡状态，而表面层内由于分子引力较大，因此表面层有收缩的趋势.‎ 名师解惑 ‎1.液体的微观结构的解释 剖析：（1）液体分子之间的相互作用不像固体中的微粒那样强，液体分子只在很小的区域内做有规则的排列，这种区域是暂时形成的，边界和大小随时改变，有时瓦解，有时又重新形成，液体由大量的这种暂时形成的小区域构成，这种小区域杂乱无章地分布着，因而液体表现出各向同性.‎ ‎（2）液体具有一定的体积：液体分子的排列更接近于固体，液体中的分子密集在一起，相互作用力大，主要表现为在平衡位置附近做微小振动，所以液体具有一定的体积，不容易被压缩.‎ ‎（3）液体分子间的距离小，相互作用力很大，液体分子的热运动与固体类似，主要表现为在平衡位置附近做微小的振动，但液体分子没有长期固定的平衡位置，在一个平衡位置附近振动一小段时间以后，又转移到另一个平衡位置附近去振动，即液体分子可以在液体中移动，没有一定的形状，这就是液体具有流动性的原因.‎ ‎（4）液体的扩散比固体的扩散要快：流体中扩散现象是由液体分子运动产生的，分子在液体里的移动比在固体中容易得多，所以液体的扩散要比固体的扩散快.‎ ‎2.对液体表面张力的理解 剖析：（1）表面张力是表面层内分子力作用的结果，表面层里分子间的平均距离比液体内部分子间的距离大，于是分子间的引力和斥力比液体内部的引力和斥力都有所减少，但斥力比引力减小得快，所以在表面层上划一条分界线MN时（图‎3-1-1‎），两侧的分子在分界线上相互吸引的力将大于相互排斥的力.宏观上表现为分界线两侧的表面层相互拉引，即产生了表面张力，致使液体表面像一张绷紧的膜.‎ 图‎3-1-1‎ ‎（2）表面张力是液体表面具有收缩趋势的原因.‎ ‎①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.‎ 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，往往呈偏球形，在失重条件下才呈球形.‎ ‎②表面张力使液面收缩，为工程的优化设计提供了实验依据.‎ ‎3.液体内部和表面层分子的分布特点的比较 剖析：（1）液体内部分子的运动特点：在液体内部，每个分子周围有许多别的分子.当某个分子从平衡位置向某一方向运动时，它一方面要受到所离开的那个方向的分子的吸引，另一方面又要受到所靠拢的那个方向的分子的排斥.引力和斥力的数量级相同，通常可认为其大小相等，因此，液体内部分子只能在平衡位置附近振动，分子间距等于r0.‎ ‎（2）液体表面分子的分布：液体表面附近的分子由平衡位置向外运动时，因为外部空气和蒸汽分子对它的斥力很小，不起显著作用，它只受到内部分子的吸引力，因此使它恢复到平衡位置的作用力就没有在液体内部时大，使得表面层里的分子振动的振幅要比液体内部分子的振幅大，一些动能大的分子就有可能冲出吸力范围，成为蒸汽分子，结果形成表面层里的分子分布比液体内部的分子分布稀疏，分子之间的距离就比较大（r＞r0）.‎ 讲练互动 ‎【例1】下列现象中，哪些现象是由于液体的表面张力而引起的（ ）‎ 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 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，而两滴水银的接触，新棉织品水洗后，小昆虫轻爬在水面上，都将受到液体的表面张力的作用.‎ 答案：BCD 绿色通道 通过本题的学习要能够利用表面张力的知识去解决实际问题，可以分析一下“油瓶外总是附有一层薄薄的油”以及“用湿布不易擦去玻璃窗上的灰尘”等现象.‎ 变式训练 ‎1.下列现象，哪些是由液体的表面张力所造成的（ ）‎ A.使用洗洁精易清除餐具上的油迹 B.熔化的蜡油从燃烧的蜡烛上流下来，冷却后呈球形 C.熔融的玻璃能制成各种玻璃器皿 D.树叶能漂浮在水面上 答案：BD ‎【例2】下列叙述中正确的是（ ）‎ A.液体表面张力随温度升高而增大 B.液体尽可能在收缩它们的表面积 C.液体表面层的分子比液体内部的分子有更大的势能 D.液体表面层的分子分布要比液体内部分子分布紧密些 解析：这是有关液体表面分子相互作用的问题，液体的表面层由于和气体接触与内部情况不同，表面层分子的分布要比内部稀疏.这样分子间就表现为引力了，即表面张力，这样液体表面就有收缩到最小的趋势.随温度的升高，表面层分子距离更要增大，引力作用随之减小，所以表面张力要减小，而在液体内，分子间的引力基本等于斥力，当r=r0时，分子势能最小，在表面层r>r0‎ ‎，所以分子势能比液体内部的分子势能大.‎ 答案：BC 绿色通道 表面层液体分子间距离大于r0，升温时，表面层分子距离增大，要克服分子引力做功，故液体分子势能增大，而由分子间作用的特点可知表面张力将随分子间距的增大而减小.‎ 变式训练 ‎2．将一枚硬币轻轻地平放在水面上，可以不下沉，此时与硬币重力相平衡的力是（ ）‎ A.水的浮力 B.水的表面张力 C.水的浮力和表面张力的合力 D.水的浮力和空气浮力的合力 答案：C 体验探究 ‎【问题】试设计一个实验说明液体在表面张力作用下总是呈球形的趋势.‎ 图‎3-1-2‎ 导思：首先应搞清表面张力产生的原因：表面张力是表面层内分子力作用的结果.表面层里分子间的平均距离比液体内部分子间的距离大，于是分子间的引力和斥力比液体内部的分子力和斥力都有所减小，但斥力比引力减小得快，所以在表面层上画一条分界线MN时（图‎3-1-2‎），两侧的分子在分界线上相互吸引的力将大于相互排斥的力.‎ 其次应创造一个油滴处于失重状态的实验环境.例如使橄榄油的密度与水和酒精液体的密度相同，使得油滴好像处于失重状态，这样就相当于橄榄油只受表面张力.‎ 探究：‎ 实验器材：烧杯，水，酒精，橄榄油 实验过程：‎ ‎（1）在烧杯中加入适量的水和酒精；‎ ‎（2）把一滴橄榄油滴入水和酒精的混合液里；‎ ‎（3）往烧杯中加入水或酒精，调节水和酒精混合液的密度，直到橄榄油悬浮在液体中；‎ ‎（4）观察油滴的形状.‎ 探究结论：由于油的密度与液体的密度相同，使得油滴好像处于失重状态，油滴在表面张力的作用下，收缩液面有使液面尽量减小的趋势.因为在同体积的几何体中，球表面的面积最小，所以油滴在表面张力作用下收缩成球状悬浮在混合液内.‎