液体的表面张力PPT课件
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热学
讲课顺序：1、按照竞赛真题题型来讲 抓住重点、突破难点
2、新增内容
真题研究：1、题目的构成 2、包含的概念、规律、方法 3、重点难点 4、易错点 5、拓展点
2021/3/7
CHENLI
1
2021/3/7
CHENLI
2
表面张力现象
为什么水面上的小昆虫能在水面上 行走，而不会沉入水中？
2021/3/7
CHENLI
牛奶滴落在盘中的瞬间飞 溅情形，呈现球状，在盘 上方的牛奶呈现近乎完美
的球形？
3
表面张力的演示实验（1）
圆形金属框上沾有肥皂泡沫，若将膜面上的棉线圈内部的 膜戳破，那么棉线圈将被液体的表面张力拉成圆形；
表面张力的演示实验（2）
橄榄油滴浮在同密度的水和酒精 的混合液体中，由于表面张力的 作用，油滴形成完美的球形。
张力系数为 ，将AB边无摩擦、匀速、 等温地右移△x，在AB边上加的力为： F =2 l ，则在这个过程中外力F 所
做的功为:
W F x 2 l x S
A A f F
B B
其中△S = 2l△x ,是AB 向右移动过程中液面面积的增量。外
力克服分子间引力做功，液体表面能增加，若用△E 表示表面
P0 Ps
f A S f
B
P
PB＝P0 ps
总之：附加压强使弯曲液面内外压强不等，与液面 曲率中心同侧的压强恒大于另一侧，
任何弯曲液面都对液体产生附加压强；
附加压强方向恒指向弯曲液面的曲率中心；
三、球形液面的附加压强---拉普拉斯公式
设有一半径为R的球形液滴，其表 面张力系数为，是凸液面，则液 滴表面层内外的压强:
向各自的一方,分别用F 和F′表 示，这恰为一对作用力与反作
F
用力， F = -F′。
由于线段上各点均有表面张力作用,线段越长,则合
力越大。设线段长为l ,则：F = l 。
为表面张力系数，表示液体表面单位长度直线段
上的表面张力，单位：N / m 。
(5). 表面张力系数与表面能增量（定义二）
如图所示，铁丝框上挂有液膜，表面
设水的表面张力系数 ＝7310-3 N／m.
PA
P0
2
R
2
PB P0 r
PAPBgh
h2gR 11r5.4cm
2021/3/7
CHENLI
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ห้องสมุดไป่ตู้
五、润湿与不润湿
1. 定义 润湿: 液体沿固体表面 延展的现象，称液体润 湿固体。(水—玻璃)
同样处在大气压下，液泡半径越小，内外的压强 差越大;
补充： ※向带有活塞的三通玻璃管 吹气使两端分别挂上大小不一的肥 皂泡，旋转活塞使两气泡连通，观 察气泡的变化?
发现小泡将越来越小，大泡越胀 越大。这就是小泡的附加压强大于 大泡的附加压强的缘故。
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CHENLI
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补充例4 如图，在内半径r＝0.3mm的细玻璃管中注水，一部 分水在管的下端形成一凸液面，其半径为3mm，管中凹液面 的曲率半径与毛细管的内半径相同。求管中所悬水柱的长度h。
• 任何系统的势能越小越稳定，所以表面层内的分子有尽 量挤入液体内部的趋势，即液面有收缩的趋势，使液面 呈紧张状态，宏观上就表现为液体的表面张力。
• 体积一定, 球体的表面积最小;
(4). 表面张力系数（定义一）
设想在液面上画一条直线 F
段，线段两侧液面均有收缩的
趋势，即有表面张力作用，该
力与液面相切,与线段垂直，指
P内＝P外ps
在液体表面，取微小球冠形液 体元，球冠的边缘线l存在表面张 力F，沿球冠表面切线方向。
由于球冠很小，忽略其重力。
受力分析：
P内 r2, P外r2, 表面张力F
P外
r
l
F//
l
p内
R F
F
沿边缘线一周，F//相互抵消，作 用在球冠边缘线上 的表面张力的合 力为：
F F F s is n i l n l sin
可能收缩成最小的宏观张力。
(3)表面张力产生的微观本质
①分子力观点：
表面张力是由于液体表面层内分子间相互 作用与液体内部分子间相互作用不同。
②从能量观点来分析
把分子从液体内部移到表面层，需克服 f⊥ 作功;外力 作功,分子势能增加,即表面层内分子的势能比液体内 部分子的势能大，表面层为高势能区;
PB = PA
2. 液面弯曲
P0
1)凸液面时，如图S周界上 表面张力沿切线方向，合力 指向液面内，S好象紧压在 液体上，使液体受一附加压 强 ps ， 由 力 平 衡 条 件 ， 液 面 下液体的压强：
f A S f
B
Ps P
PB＝P0ps ps为正;
附加压强使得液体内部压强大于外部压强。
2）凹液面时，如图S周界 上表面张力的合力指向外 部，S好象被拉出，液面 内部压强小于外部压强， 液面下压强：
凸液面：pi
p0
2
R
凹液面：pi
p0
2
R
四.球形液泡的内、外压强差
如图,由于球形液泡很薄，有内 外两个表面，内外膜半径近似相 等，设A、B、C 三点压强分别为
PA 、PB 、PC ，则：
CB A R •O
2
PB PA R
2
PB PC R
2
2
PA RPC R
4
PC PA R
液泡内压强大于液泡外压强，并与半径成反比。
l 2r
受力平衡： P内 r2P外 r2F
P内P外2srin
sin r
R
P内P外
2
R
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P内P外
2
R
——拉普拉斯公式
2 附加压强：ps R ——球形液面附加压强公式
球形液面附加压强与表面张力系数成正比，与球面半径R成反比。 适用于任何液面：球面、半球面、凹凸面，R是液面处的曲率半径； 半径越小，附加压强越大；半径越大，附加压强越小； 半径无限大时，附加压强等于零，这正是水平液面的情况。
一、表面张力
1.现象：
(1).液体表面有收缩到最小的趋势；
(2).液面像紧绷的弹性薄膜。
说明：液面上存在沿表面的收缩力作用，这种力 只存在于液体表面。
2.表面张力 (1)表面层：在液体与气体交界面，厚度等于分
子有效作用距离(=10-8 m) 的一层液体。 (2)表面张力：液体的表面层中有一种使液面尽
能增量，则：
EWS
E W
S S
表面张力系数在数值上等于增加单位液体表面积时，外力所 需做的功，或增加单位液体表面积时，所增加的表面能—— 比表面能；
二：附加压强的产生
1.平液面
P0
f A S
f
B
P
在液体表面上取一小面积△S ,由于液面水平，表 面张力沿水平方向， △S 平衡时，其边界表面张 力相互抵消,△S 内外压强相等：
讲课顺序：1、按照竞赛真题题型来讲 抓住重点、突破难点
2、新增内容
真题研究：1、题目的构成 2、包含的概念、规律、方法 3、重点难点 4、易错点 5、拓展点
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表面张力现象
为什么水面上的小昆虫能在水面上 行走，而不会沉入水中？
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牛奶滴落在盘中的瞬间飞 溅情形，呈现球状，在盘 上方的牛奶呈现近乎完美
的球形？
3
表面张力的演示实验（1）
圆形金属框上沾有肥皂泡沫，若将膜面上的棉线圈内部的 膜戳破，那么棉线圈将被液体的表面张力拉成圆形；
表面张力的演示实验（2）
橄榄油滴浮在同密度的水和酒精 的混合液体中，由于表面张力的 作用，油滴形成完美的球形。
张力系数为 ，将AB边无摩擦、匀速、 等温地右移△x，在AB边上加的力为： F =2 l ，则在这个过程中外力F 所
做的功为:
W F x 2 l x S
A A f F
B B
其中△S = 2l△x ,是AB 向右移动过程中液面面积的增量。外
力克服分子间引力做功，液体表面能增加，若用△E 表示表面
P0 Ps
f A S f
B
P
PB＝P0 ps
总之：附加压强使弯曲液面内外压强不等，与液面 曲率中心同侧的压强恒大于另一侧，
任何弯曲液面都对液体产生附加压强；
附加压强方向恒指向弯曲液面的曲率中心；
三、球形液面的附加压强---拉普拉斯公式
设有一半径为R的球形液滴，其表 面张力系数为，是凸液面，则液 滴表面层内外的压强:
向各自的一方,分别用F 和F′表 示，这恰为一对作用力与反作
F
用力， F = -F′。
由于线段上各点均有表面张力作用,线段越长,则合
力越大。设线段长为l ,则：F = l 。
为表面张力系数，表示液体表面单位长度直线段
上的表面张力，单位：N / m 。
(5). 表面张力系数与表面能增量（定义二）
如图所示，铁丝框上挂有液膜，表面
设水的表面张力系数 ＝7310-3 N／m.
PA
P0
2
R
2
PB P0 r
PAPBgh
h2gR 11r5.4cm
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ห้องสมุดไป่ตู้
五、润湿与不润湿
1. 定义 润湿: 液体沿固体表面 延展的现象，称液体润 湿固体。(水—玻璃)
同样处在大气压下，液泡半径越小，内外的压强 差越大;
补充： ※向带有活塞的三通玻璃管 吹气使两端分别挂上大小不一的肥 皂泡，旋转活塞使两气泡连通，观 察气泡的变化?
发现小泡将越来越小，大泡越胀 越大。这就是小泡的附加压强大于 大泡的附加压强的缘故。
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补充例4 如图，在内半径r＝0.3mm的细玻璃管中注水，一部 分水在管的下端形成一凸液面，其半径为3mm，管中凹液面 的曲率半径与毛细管的内半径相同。求管中所悬水柱的长度h。
• 任何系统的势能越小越稳定，所以表面层内的分子有尽 量挤入液体内部的趋势，即液面有收缩的趋势，使液面 呈紧张状态，宏观上就表现为液体的表面张力。
• 体积一定, 球体的表面积最小;
(4). 表面张力系数（定义一）
设想在液面上画一条直线 F
段，线段两侧液面均有收缩的
趋势，即有表面张力作用，该
力与液面相切,与线段垂直，指
P内＝P外ps
在液体表面，取微小球冠形液 体元，球冠的边缘线l存在表面张 力F，沿球冠表面切线方向。
由于球冠很小，忽略其重力。
受力分析：
P内 r2, P外r2, 表面张力F
P外
r
l
F//
l
p内
R F
F
沿边缘线一周，F//相互抵消，作 用在球冠边缘线上 的表面张力的合 力为：
F F F s is n i l n l sin
可能收缩成最小的宏观张力。
(3)表面张力产生的微观本质
①分子力观点：
表面张力是由于液体表面层内分子间相互 作用与液体内部分子间相互作用不同。
②从能量观点来分析
把分子从液体内部移到表面层，需克服 f⊥ 作功;外力 作功,分子势能增加,即表面层内分子的势能比液体内 部分子的势能大，表面层为高势能区;
PB = PA
2. 液面弯曲
P0
1)凸液面时，如图S周界上 表面张力沿切线方向，合力 指向液面内，S好象紧压在 液体上，使液体受一附加压 强 ps ， 由 力 平 衡 条 件 ， 液 面 下液体的压强：
f A S f
B
Ps P
PB＝P0ps ps为正;
附加压强使得液体内部压强大于外部压强。
2）凹液面时，如图S周界 上表面张力的合力指向外 部，S好象被拉出，液面 内部压强小于外部压强， 液面下压强：
凸液面：pi
p0
2
R
凹液面：pi
p0
2
R
四.球形液泡的内、外压强差
如图,由于球形液泡很薄，有内 外两个表面，内外膜半径近似相 等，设A、B、C 三点压强分别为
PA 、PB 、PC ，则：
CB A R •O
2
PB PA R
2
PB PC R
2
2
PA RPC R
4
PC PA R
液泡内压强大于液泡外压强，并与半径成反比。
l 2r
受力平衡： P内 r2P外 r2F
P内P外2srin
sin r
R
P内P外
2
R
2021/3/7
CHENLI
14
P内P外
2
R
——拉普拉斯公式
2 附加压强：ps R ——球形液面附加压强公式
球形液面附加压强与表面张力系数成正比，与球面半径R成反比。 适用于任何液面：球面、半球面、凹凸面，R是液面处的曲率半径； 半径越小，附加压强越大；半径越大，附加压强越小； 半径无限大时，附加压强等于零，这正是水平液面的情况。
一、表面张力
1.现象：
(1).液体表面有收缩到最小的趋势；
(2).液面像紧绷的弹性薄膜。
说明：液面上存在沿表面的收缩力作用，这种力 只存在于液体表面。
2.表面张力 (1)表面层：在液体与气体交界面，厚度等于分
子有效作用距离(=10-8 m) 的一层液体。 (2)表面张力：液体的表面层中有一种使液面尽
能增量，则：
EWS
E W
S S
表面张力系数在数值上等于增加单位液体表面积时，外力所 需做的功，或增加单位液体表面积时，所增加的表面能—— 比表面能；
二：附加压强的产生
1.平液面
P0
f A S
f
B
P
在液体表面上取一小面积△S ,由于液面水平，表 面张力沿水平方向， △S 平衡时，其边界表面张 力相互抵消,△S 内外压强相等：