高中物理 第3章 液体 第1节 液体的表面张力教师用书 鲁科版选修3-3

第1节液体的表面张力[先填空]1．实验：回形针、硬币漂在水面上(1)现象：当回形针或硬币漂浮在水面上时，托起回形针或硬币的水面稍有弯曲，就像放有圆形小物品的橡皮膜稍有弯曲一样．(2)结论：液面给回形针或硬币等小物品施加了向上的支持力．2．实验：观察肥皂膜的变化(1)现象①铁丝框上的肥皂膜会把滑棍拉回．②肥皂膜里的棉线圈，当刺破圈内肥皂膜，棉线圈外的肥皂膜使棉线张紧，形成圆形．(2)结论：液体的表面类似于张紧的弹性薄膜，具有收缩的趋势．3．实验结论由实验知，液体表面有一种收缩的趋势，正是这种收缩的趋势使露珠、乳滴等变为球形．[再判断]1．液体的表面都有收缩的趋势．(√)2．昆虫不落入水中，是因为受到了向上的支持力．(√)3．体积相同的各种形状物体中，球形物体表面积最大．(×)[后思考]小木船漂浮在水面上是由水面的收缩趋势引起的吗？【提示】不是．小木船漂浮在水面上是由小木船受到了水对船的浮力引起的，而不是由水面的收缩趋势引起的．[合作探讨]探讨：如图3­1­1所示是液体表面附近分子分布的大致情况．请结合图片思考：液体表面层内的分子距离和分子力各有什么特点？图3­1­1【提示】液体表面层内分子间距离较大，大于分子在平衡位置的距离，分子力表现为引力．[核心点击]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推斥．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引力范围，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，分子间的距离就比较大(r＞r0)．1．关于液体表面的收缩趋势，错误的说法是( )A．因为液体表面分子的分布比内部密集，所以有收缩趋势B．液体表面分子的分布和内部相同，所以有收缩趋势C．因为液体表面分子的分布比内部稀疏，所以有收缩趋势D．液体表面分子受到与其接触的气体分子的斥力作用，使液体表面有收缩趋势E．液体表面层分子间距r>r0，分子力为引力【解析】液体表面层内分子比液体内部分子分布稀疏．在液体内部分子间的距离是r ＝r0，分子引力和分子斥力相等，对外表现的分子力为零．在表面层，分子间的距离是r>r0，分子间的作用力表现为相互吸引，它的作用是使液体表面绷紧，有收缩的趋势，A、B错误，CE正确；表面层上方的气体分子对液体表面分子的吸引力很小，可以忽略，不是使液体表面收缩的原因，故D错误．【答案】ABD2．关于液体表面张力产生的原因：液体表面层分子比较________(填“稀疏”或“紧密”)，分子间引力________斥力(填“大于”或“小于”)【解析】在液体的表面层，时刻进行的蒸发现象，使得其内的分子比较稀疏，分子间距离比较大，分子间的引力和斥力都较小，但斥力小得更多一些，因此，分子间引力大于斥力．【答案】稀疏大于液体表面层与液体内部分子分布特点[先填空]1．表面层(1)定义：液体与气体接触的表面存在的一个薄层．(2)特点：表面层分子的分布比液体内部稀疏．2．表面张力(1)定义：液体表面各部分间相互吸引的力．(2)作用效果：由于表面张力的作用，液体表面总要收缩到尽可能小的面积．而体积相等的各种形状的物体中，球形物体的表面积最小．因此小水珠、小露珠等都呈现球形．若露珠过大，重力影响不能忽略，则呈椭球形．完全失重环境下，可形成标准的球形．[再判断]1．小孩用细管蘸肥皂水，吹出球形的肥皂泡是因表面张力所致．(√)2．缝衣针漂浮在水面上是因表面张力所致．(√)3．注满氢气的彩色气球飘向空中是因表面张力所致．(×)[后思考]清晨起来，如果你到开满鲜花的公园散步，会发现花蕊上沾满了露珠，很好看．可你想过没有，花蕊上的小水珠为什么呈球形呢？【提示】液体表面有一种收缩的趋势，正是这种收缩的趋势使小水珠变成球形．[合作探讨]探讨1：生活中有些昆虫能在水面上轻松地跑来跑去，甚至在水面上“亭亭玉立”．它们是受到什么的作用做到的？【提示】水的表面张力作用．探讨2：在液体表面画一条直线，线两侧的液体之间的作用力是表面张力，那么表面张力的作用是什么？【提示】表面张力的作用是使液体表面绷紧．[核心点击]1．表面特性表面层分子之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膜．所以说表面张力是表面层内分子力作用的结果．2．表面张力的方向表面张力的方向和液面相切，垂直于液面上的各条分界线．如图3­1­2所示．图3­1­23．表面张力的大小除了跟分界线长度有关外，还跟液体的性质和温度有关．一般情况下，温度越高，表面张力就越小．另外，杂质也会明显地改变液体的表面张力大小．比如洁净的水有很大的表面张力，而沾有肥皂液的水的表面张力就比较小．4．表面张力的作用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，球形的表面积小．3．下列有关表面张力的说法中，正确的是( )A．表面张力的作用是使液体表面伸张B．表面张力的作用是使液体表面收缩C．温度变化时，液体的表面张力不会变化D．有些小昆虫能在水面自由行走，这是由于有表面张力的缘故E．用滴管滴液滴，滴的液滴总是球形，这是由于表面张力的缘故【解析】表面张力的作用效果是使液体表面收缩；由于表面张力，被压弯的液面收缩，使小昆虫浮在液面上；由于表面张力使液滴收缩成球形；表面张力也与温度有关，故B、D、E正确．【答案】BDE4．下列说法正确的是( )A．表面张力就是分子力B．表面张力是表面层分子力的宏观表现C．水面托起缝衣针表明表面张力与缝衣针的重力相平衡D．表面张力的大小跟液面上分界线的长短有关E．液体表面好像张紧的橡皮膜具有收缩趋势【解析】表面张力是液体表面层内分子引力的宏观表现，不能说表面张力就是分子力，故A选项错误，B正确；缝衣针在水面上静止是液膜对其弹力与重力平衡，选项C错误；表面张力的大小与液面上分界线的长短有关，且表面张力有使液面收缩的趋势，因此D、E选项正确．【答案】BDE5．将一枚硬币轻轻地平放在水面上，可以不下沉，下列关于与硬币重力相平衡的力的说法，不正确是( )【导学号：30110029】A．水面的支持力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E．水面支持力的产生是由于水的表面张力【解析】硬币受到重力和水面给予的支持力作用而平衡，表面张力是水面上各部分水之间的作用力的合力，而不是硬币受到的力；当然支持力的产生是由于水的表面张力；硬币并没有浸入水中，故不受浮力作用．故A、E正确，B、C、D错误．【答案】BCD表面张力问题的分析方法1．产生条件：存在液体与空气相接触的表面．2．产生原因：表面层中液体分子之间距离较大，整体表现为引力，形成各部分相互吸引的特点．3．现象：液体的表面层像张紧的弹性膜一样，有使液体表面收缩到最小的趋势．学业分层测评(六)(建议用时：45分钟)[学业达标]1．下列现象中，是由于液体的表面张力造成的有( )A．船浮于水面上B．硬币或钢针浮于水面上C．肥皂泡呈球形D．游泳时弄湿了的头发粘在一起E．熔化的铁水注入内空且为球形的沙箱，冷却后铸成一个铁球【解析】选项A中船浮于水面是浮力造成的；选项E中铁球的形状决定于沙箱的形状，故选B、C、D.【答案】BCD2．下列现象中，主要是表面张力起了作用的是( )A．缝衣针漂浮在水面上B．小木块能够漂浮在水面上C．荷叶上的小水珠呈球形D．慢慢向小酒杯中注水，即使水面稍高出杯口，水仍不会流出来E．脱湿衣服感觉很费劲【解析】缝衣针漂浮在水面上，针并没有浸入液体中，只受到水表面的作用力，故是表面张力现象，A正确；小木块漂浮在水面上，受到的是水的浮力，B错误；表面张力的作用效果可以使液面收缩，C、D正确；选项E中是由于附着力造成的，E错误．【答案】ACD3．关于液体表面张力，下列说法正确的是( )A．表面张力使液体表面具有收缩趋势B．表面张力的方向与液面垂直C．表面张力的大小与液体种类无关D．表面张力是液体表面各部分间相互吸引的力E．表面张力的大小与液体的温度有关【解析】表面张力的方向和液面相切，故B错；表面张力的大小除了跟边界线长度有关外，还跟液体的种类、温度有关，故C错，E对．【答案】ADE4．关于液体的表面张力，下列说法正确的是( )A．表面张力是液体表面层中两个分子间的相互吸引力B．表面张力是表面层中任一分界线一侧的分子对另一侧的分子作用力的合力C．表面张力的方向与液面相切并与分界线垂直D．表面张力沿液体表面各个方向都有E．表面张力的方向与液面垂直竖直向上【解析】由于液体的表面层中分子稀疏，分子力表现为引力，表面张力为这些分子的合力，并非某两个分子间的引力，故A错误；若在液面上画一直线，表面张力沿液面切线并与该直线垂直，又由于各个方向分子间均有分子力，因此表面张力沿各个方向都存在，由此可知B、C、D正确，E错误．【答案】BCD5．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E．小木块浮于水面上静止【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；而两滴水银接触时的现象，新棉织品水洗后缩水，小昆虫能轻爬在水面上，都因受到液体的表面张力的作用．木块浮于水面上是浮力的结果，故B、C、D正确．【答案】BCD6．关于液体的表面张力，下列说法错误的是( )【导学号：30110030】A．液体的表面张力使表面层内液体分子间的平均距离小于r0B．液体的表面张力使表面层内液体分子间的平均距离大于r0C．产生表面张力的原因是表面层内液体分子间只有引力，没有斥力D．表面张力使液体的表面有收缩的趋势E．产生表面张力的原因是表面层分子间的分子力为引力【解析】由于表面层内分子间的距离大于r0，分子间的作用力表现为引力，即为表面张力，A、B错误；产生表面张力的原因是表面层内液体分子间引力大于斥力，表现为引力，C错误，E正确；表面张力有使液体表面积收缩到最小的趋势，D正确．【答案】ABC7．用一段金属丝做成环状，把棉线的两端松驰的系在环上的两点上，然后浸入肥皂水中，再拿出来使环上形成肥皂膜，如果用针刺穿棉线一侧的肥皂膜，则如图3­1­3所示a、b、c三个图中，可能的是图________．图3­1­3【解析】由于液体表面张力的作用使液体表面像张紧的橡皮膜．一侧的肥皂膜被刺破后，另一侧的液面由于表面张力作用，具有收缩的趋势．所以a、b是可能的．【答案】a、b8．如图3­1­4所示，在培养皿内注入清水．让两根细木杆相互平行地浮在水面上，再在细木杆之间轻轻地滴入几滴酒精，细木杆会“自动”散开．请你解释这一现象．图3­1­4【解析】漂浮在水面上的细木杆，原来两边受到大小相等、方向相反的表面张力作用而处于平衡状态．滴入酒精后，细木杆之间液体的表面张力减小，使得内侧的表面张力比外侧的小，细木杆就被“拉”开了．【答案】见解析[能力提升]9．关于液体的表面张力，下列说法中正确的是( )A．表面张力方向与液面垂直B．表面张力是液体表面层中任一分界线两侧大量分子相互作用力的宏观表现C．表面层里的分子分布要比液体内部稀疏些，分子力表现为引力D．表面层里的分子距离比液体内部大些，分子力表现为引力E．表面张力不是分子力的宏观表现【解析】表面层里的分子距离比液体内部大些，即表面层里的分子分布要比液体内部稀疏些，分子力表现为引力，表面张力就是表面层分子引力的宏观表现，表面张力方向与液面相切，因此B、C、D正确，A、E错误．【答案】BCD10. 关于液体表面现象的说法中正确的是 ( )A．把缝衣针小心地放在水面上，针可以把水面压弯而不沉没，是因为针受到的重力小，又受液体的浮力B．在处于失重状态的宇宙飞船中，一大滴水银会呈球状，是因为液体表面分子间有相互吸引力C．玻璃管的裂口放在火上烧熔，它的尖端就变圆，是因为熔化的玻璃，在表面张力的作用下，表面要收缩到最小D．漂浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是因为油滴呈各向同性E．用湿布不易擦去纱窗上的灰尘，是由于水的表面张力的原因【解析】液体表面分子间距离较大，表现为引力，使液体的表面积有收缩到最小的趋势，于是形成一层水膜，使针受到向上的支持力，而不是浮力，故A错；水银呈球状，熔化的玻璃变圆，都是由液体表面张力造成的，故B、C正确；油滴呈圆形是因为漂浮在热菜汤上的油滴由于液体的表面张力的作用，其表面积要收缩到最小，因此呈圆形，故D错．由于表面张力的作用，水不易通过纱窗，所以湿布不易擦去纱窗上的灰尘，E正确．【答案】BCE11.如图3­1­5所示，布满肥皂膜的金属框abcd水平放置，ab边能在框架上无摩擦地左右滑动．那么，把原来固定的ab边放开，ab边应向________滑动，做________运动．图3­1­5【解析】由于ab边能在框架上无摩擦地左右滑动，而肥皂膜的表面张力为ab边提供了向右的拉力，使它向右加速运动．【答案】右加速12．水的密度比沙的密度小，为什么沙漠中风能刮起大量沙子，而海洋上的风却只能刮起少量的水珠？【解析】由于海水水面有表面张力的作用，水珠之间相互吸引着，风很难把水珠刮起，只能形成海浪，所以海洋上的风只能刮起少量的水珠，而沙漠中的沙子却不一样，沙粒之间作用力很小，几乎为零，所以风很容易刮起大量沙子．【答案】见解析13．如图3­1­6所示，把一根金属丝水平地悬挂在灵敏弹簧测力计的下端，然后将盛着液体的容器放在金属丝下面，使金属丝水平地浸入液体中，这时如果把灵敏弹簧测力计慢慢地向上移动，让金属丝水平地从液体里露出来，就可以看到金属丝和液面之间出现了一层液体的薄膜，同时金属丝本身也被薄膜包围着．由于表面张力的作用，薄膜向下拉金属丝，而使测力计的弹簧伸长，继续移动测力计，直到金属丝和液面之间的薄膜刚要断开为止．设此时测力计的读数为F，金属丝的重量为mg，求薄膜每一面上平行于金属丝的分界线上的表面张力的大小.【导学号：30110031】图3­1­6【解析】 设液体表面张力为F 1，由平衡条件得 mg ＋2F 1－F ＝0.解得F 1＝12(F －mg )．【答案】 12(F －mg )。