1、第二章 氣體、液體和固體第四節(jié) 液體的表面張力高中物理新粵教版選擇性必修第二冊(cè)掛在草葉尖的水珠是球狀的水黽可以停在水面上而不會(huì)沉入水里硬幣能浮在水面上一、表面張力【實(shí)驗(yàn)探究】記錄以下實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象，并思考這些現(xiàn)象說(shuō)明了什么1.把一根棉線的兩端系在鐵絲環(huán)上(棉線不要拉緊)，然后把鐵絲環(huán)浸入肥皂水里，再拿出來(lái)，鐵絲環(huán)上就布滿了肥皂水的薄膜。這時(shí)棉線圈是松弛的，如圖所示。(1)用燒熱的針先刺破棉線一側(cè)的薄膜，觀察薄膜和棉線發(fā)生的變化，并在圖中畫出薄膜和棉線變化后的形狀。(2)再用燒熱的針刺破棉線另一側(cè)的薄膜，并在圖中畫出棉線變化后的形狀。2.把一個(gè)棉線圈系在鐵絲環(huán)上，使環(huán)上布滿肥皂水的薄膜，這時(shí)膜上的

2、棉線圈是松弛的，如圖2-4-7所示、用燒熱的針刺破棉線圈里的肥皂膜，觀察棉線圖外的薄膜和棉線圈有什么變化，并在圖2-4-8中畫出薄膜和棉線圈發(fā)生變化后的形狀?！緦?shí)驗(yàn)總結(jié)】上述實(shí)驗(yàn)表明，液體的表面就像繃緊的橡皮膜一樣，總是有收縮的趨勢(shì)，我們可以從液體微觀結(jié)構(gòu)中分子力的角度來(lái)解釋。從微觀的角度來(lái)看，液體的表面并不是一個(gè)幾何面，而是一個(gè)厚度為分子力有效作用距離(數(shù)量級(jí)為10-9m)的薄層。位于液體表面層內(nèi)的分子與液體內(nèi)部分子，它們所受到的分子力是有區(qū)別的。我們可以把分子力的作用范圍認(rèn)為是一個(gè)半徑等于分子力有效作用距離的球，這個(gè)球稱為分子作用球。由于分子斥力的有效作用距離比分子引力的有效作用距離小得多

3、，分子斥力作用球的半徑遠(yuǎn)小于分子引力作用球的半徑。設(shè)液體內(nèi)有一分子A，如圖2-4-9所示，由于分子A的分子作用球處于液體內(nèi)部，液體內(nèi)的分子均勻分布，對(duì)于分子A來(lái)說(shuō)其分布是球?qū)ΨQ的，因此液體內(nèi)所有分子對(duì)分子A的斥力和引力的合力為零。設(shè)在液體表面層內(nèi)有一分子B，如圖2-4-9所示，以A分子B為中心的分子作用球一部分在液體外，由于分子斥液體力作用球的半徑遠(yuǎn)小于分子引力作用球的半徑，分子B的圖2-4-9液體表面附近分子斥力作用球仍處于液體內(nèi)，其受到的分子斥力仍是球分子分布的示意圖對(duì)稱的，但分子B所受的分子引力就不再是球?qū)ΨQ的。由于缺少了液體表面層外這部分分子的引力，作用在分子B上的全部分子引力的合力f

4、垂直液面指向液體內(nèi)。由此，液體表面層單位體積內(nèi)的分子數(shù)目相對(duì)液體內(nèi)部會(huì)更少，分子間距相對(duì)更大一些。因而表面層分子間的分子力表現(xiàn)為引力，液體的表面總是有一種收縮的趨勢(shì)，就好像被繃緊的橡皮膜。設(shè)想在液體表面畫一條直線，如圖2-4-10所示，則直線兩旁的液膜表現(xiàn)出使液體表面收縮的相互作用的拉力，液體表面出現(xiàn)的這種張力稱為圖2-4-10液體表面張力。的表面張力正是由于表面張力的作用，液體表面這種收縮的趨勢(shì)會(huì)使得液滴的表面積盡可能地減小。在體積一定的情況下，球形在所有幾何體中的表面積最小，所以露珠的形狀更接近于球形。難怪唐代詩(shī)人白居易看到美麗的露珠后，情不自禁地發(fā)出“露似珍珠月似弓”的詠吟。二、毛細(xì)現(xiàn)象

5、【實(shí)驗(yàn)探究】1.取兩塊小玻璃板，在其中一塊玻璃板上均勻涂上石蠟。用滴管將同樣大小的兩滴小水珠分別滴在這兩塊玻璃板上，觀察兩塊玻璃板上水滴的形狀是否相同。2.取兩支試管和兩根兩端開口的細(xì)玻璃管，如圖2-4-11所示，在一支試管中倒入水銀（水銀對(duì)人體有害，在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)注意戴好防護(hù)手套與口罩），然后將一根細(xì)玻璃管緊靠試管壁插入水銀中，明顯可見(jiàn)細(xì)玻璃管中水銀面與試管中的不一樣高。在另一支試管中倒入水，同樣將另一管外根細(xì)玻璃管插入水中，觀察管內(nèi)外水面是否一樣高？管內(nèi)水銀水銀液面液面與圖2-4-11所示的是否一致?除細(xì)玻璃管內(nèi)外液面高度不同以外，還可以觀察到什么現(xiàn)象？圖2-4-11水銀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象【實(shí)驗(yàn)總結(jié)

6、】通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，液體與固體接觸時(shí)，因材料的不同，在其接觸面會(huì)出現(xiàn)兩種不同的情況：一種是液體與固體的接觸面有擴(kuò)張的趨勢(shì)，液體會(huì)附著在固體上，如圖2-4-12所示；另一種是液體與固體的接觸面有收縮的趨勢(shì)，液體不會(huì)附著在固體上，如圖2-4-13所示。我們將前一種現(xiàn)象稱為浸潤(rùn)，后一種現(xiàn)象稱為不浸潤(rùn)?！緦?shí)驗(yàn)總結(jié)】由上面的實(shí)驗(yàn)可知，水不浸潤(rùn)石蠟而浸潤(rùn)玻璃，而水銀不浸潤(rùn)玻璃。水對(duì)不同材料的這種浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)的性質(zhì)，在實(shí)際生活與生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用、例如，鴨子用嘴把油脂涂到羽毛上、使水不能浸潤(rùn)羽毛；人們采用表面經(jīng)過(guò)特殊涂層處理的織物來(lái)制成防水布料、如圖所示；而醫(yī)院使用脫脂棉來(lái)吸收藥液等。浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原

7、因與產(chǎn)生上圖防水布料面張力的原因相似。在液體與固體接觸的地方也有薄薄的一層液體，其性質(zhì)與液體內(nèi)部不同，我們稱其為附著層。附著層的液體分子既要受液體內(nèi)分子力的作用，也要受固體分子力的作用。若液體內(nèi)分子的引力更大，則附著層中液體分子的密度變小，液體分子間距增大，相互間的分子力表現(xiàn)為引力，此時(shí)附著層有收縮的趨勢(shì)，表現(xiàn)為不浸潤(rùn)。若固體分子的引力更強(qiáng)，則附著層中液體分子的密度更大，液體分子間距減小，相互間的分子力表現(xiàn)為斥力，此時(shí)附著層有擴(kuò)張趨勢(shì)，從而表現(xiàn)為浸潤(rùn)。在圖2-4-12與圖2-4-13中，浸潤(rùn)液體在細(xì)管中上升，不浸潤(rùn)液體在細(xì)管中下降，我們將這種現(xiàn)象稱為毛細(xì)現(xiàn)象。毛細(xì)現(xiàn)象是液體的浸潤(rùn)（或不浸潤(rùn)）與

8、表面張力現(xiàn)象共同作用的結(jié)果，液體浸潤(rùn)細(xì)管時(shí)，浸潤(rùn)液體的附著層沿細(xì)管壁有擴(kuò)張趨勢(shì)，故附著層液體順著管壁往上升，此時(shí)管內(nèi)液面彎曲，面積變大。而表面張力使液面收縮，從而拉動(dòng)管中液體上升。當(dāng)管中液柱的重力與表面張力F上拉的合力平衡時(shí)，液柱不再上升，如圖2-4-15所示。若管的內(nèi)徑增大，則管中液體的體積與重力相應(yīng)增大，且比液體面積增大得更快。因而管的內(nèi)徑越細(xì)，液體上升得越高，如圖2-4-16所示。液體不浸潤(rùn)細(xì)管時(shí)，表現(xiàn)出的毛細(xì)現(xiàn)象則與液體浸潤(rùn)細(xì)管情況相反，如圖2-4-17所示。在自然界中，植物之所以能吸收到土壤的水分，正是由于毛細(xì)現(xiàn)象將地下水通過(guò)泥土中的縫隙上升至植物的根部。同樣，實(shí)驗(yàn)室常用酒精燈也是由

9、于毛細(xì)現(xiàn)象，才使棉質(zhì)的酒精燈芯自動(dòng)地將酒精輸送到燈芯的頂端。（1）定義：作用在液體表面，使液體表面繃緊的力叫液體的表面張力。（2）方向：表面張力的方向總是跟液面相切，且與分界面垂直。如果液面是平面，表面張力就在這個(gè)平面上。如果液面是曲面，表面張力就在這個(gè)曲面的切面上。（3）效果：表面張力使液體表面具有收縮的趨勢(shì)，使液體表面積趨于最小，這是水滴、露珠等呈球形的原因。1.液體的表面張力（1）定義：一種液體會(huì)潤(rùn)濕某種固體并附著在固體的表面上，這種現(xiàn)象叫浸潤(rùn)；一種液體不會(huì)潤(rùn)濕某種固體，也就不會(huì)附著在這種固體的表面，這種現(xiàn)象叫不浸潤(rùn)。（2）一種液體是否浸潤(rùn)某種固體，與這兩種物質(zhì)的性質(zhì)都有關(guān)系。例如，水銀

10、不浸潤(rùn)玻璃，但水銀浸潤(rùn)鉛。（3）液面與器壁接觸的位置是彎曲的，有的向上彎，有的向下彎，這也是浸潤(rùn)與不浸潤(rùn)的區(qū)別。液體浸潤(rùn)固體液體不浸潤(rùn)固體。2.浸潤(rùn)和不浸潤(rùn)(1)定義：浸潤(rùn)液體在細(xì)管中上升的現(xiàn)象，以及不浸潤(rùn)液體在細(xì)管中下降的現(xiàn)象，稱為毛細(xì)現(xiàn)象。(2)解釋：由于液體浸潤(rùn)管壁，液面彎曲，液體表面張力形成向上的拉力，這個(gè)力使管中液體向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)管中液體上升到一定高度時(shí)，液體所受重力與這個(gè)使它向上的力平衡，液面穩(wěn)定在一定的高度。(3)應(yīng)用：把地面的土壤鋤松，破壞這些土壤里的毛細(xì)管，可以保存地下的水分。3.毛細(xì)現(xiàn)象1.關(guān)于圖，下列說(shuō)法正確的是（）A圖甲為浸潤(rùn)現(xiàn)象，圖乙為不浸潤(rùn)現(xiàn)象B圖甲為不浸潤(rùn)現(xiàn)象，圖乙

11、為浸潤(rùn)現(xiàn)象C圖甲中附著層的液體分子比液體內(nèi)部的分子間距小D圖乙中附著層的液體分子比液體內(nèi)部的分子間距小AC2.下列說(shuō)法正確的是（ ）A溫度相同的氫氣和氧氣，其分子的平均速率相同B在完全失重的情況下，絕熱的密閉的容器內(nèi)的氣體對(duì)器壁的壓強(qiáng)不變C知道阿伏伽德羅常數(shù)、氣體的摩爾質(zhì)量和密度，可以估算出該氣體分子的大小D當(dāng)分子力表現(xiàn)為斥力時(shí)，分子勢(shì)能隨分子間距離的增大而減小E繞地球運(yùn)行的“天宮二號(hào)”中自由漂浮的水滴成球形，這是表面張力作用的結(jié)果BDE3.下列現(xiàn)象中，利用了毛細(xì)現(xiàn)象的是（）A用粉筆吸干紙上的墨汁B建房時(shí)，在砌磚的地基上鋪一層油氈或涂過(guò)瀝青的厚紙C用棉線作酒精燈的燈芯D想保存地下的水分，把地面

12、的土壤鋤松AC4.下列對(duì)浸潤(rùn)及不浸潤(rùn)的理解正確的是（ ）A在夏季，人穿棉線衣服感覺(jué)舒適是因?yàn)楹顾畬?duì)棉線浸潤(rùn)B單杠、雙杠運(yùn)動(dòng)員上杠表演前，手及杠上涂鎂粉，是因?yàn)樗畬?duì)鎂粉浸潤(rùn)C(jī)布制的雨傘傘面能明顯看到線的縫隙，但雨傘不漏雨水是因?yàn)樗畬?duì)傘面不浸潤(rùn)D酒精燈的燈芯經(jīng)常是用絲線做成，因?yàn)榫凭珜?duì)絲線浸潤(rùn)AB5.下列說(shuō)法正確的是（ ）A為了估測(cè)一容器中氣體分子間的平均距離，需要知道該氣體的密度、體積和摩爾質(zhì)量B如果分子間作用力表現(xiàn)為引力，則兩分子間距離增大時(shí)，一定是克服分子力做功C物體的速度增大，則分子的動(dòng)能增加，內(nèi)能也一定增加D在陽(yáng)光的照射下，經(jīng)?？匆?jiàn)空氣中塵埃所做的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)不是布朗運(yùn)動(dòng)E露珠通常呈現(xiàn)球狀，是水的表面張力