高中物理第3章液体第1节液体的表面张力教学案鲁科选修3-3

第1节液体的表面张力

对应学生用书

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液体表面的收缩趋势

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

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。

[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)

如图3­1­1所示，先把一个棉线圈拴在铁丝环上，再把环在肥皂水里浸一下，使环上布满肥皂的薄膜。如果用热针刺破棉线圈里那部分薄膜，则棉线圈将成为( )

图3­1­1

A．椭圆形B．长方形

1.液体的表面张力使液体的表面类似于张紧的弹

性薄膜，具有收缩的趋势。

2．表面张力形成的原因是因为液体与气体接触的

表面层的分子间距较大，分子间表现为引力。

3．在液体表面划一分界线，两部分的表面张力等

大反向，且其方向垂直于分界线指向两侧。

C．圆形 D．任意形状

解析：选C 由于表面张力的作用，当刺破棉线圈里的薄膜时，棉线圈外的薄膜就会收缩，使棉线圈张紧成圆形。

表面张力及其微观解释

[自读教材·抓基础]

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。

[跟随名师·解疑难]

1．液体表面张力的形成

(1)分子分布特点：由于蒸发现象，表面层分子的分布比液体内部稀疏，即表面层分子间的距离比液体内部分子间的距离大。

(2)分子力的特点：液体内部分子间引力、斥力基本上相等，而液体表面层分子之间距离较大，分子力表现为引力。

(3)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分子力作用的结果。

(4)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3­1­2

2．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，往往呈扁球形，在失重条件下才呈标准球形。

3．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。液体中溶有杂质时，表面张力变小，液体的密度越大，表面张力越大。

[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手)

(多选)关于液体的表面张力，下列说法正确的是( )

A．表面张力是液体内部各部分之间的相互作用力

B．表面张力是液体表面各部分之间的相互吸引力

C．不论是水还是水银，表面张力都会使表面收缩

D．表面张力的方向与液面垂直

解析：选BC 由于液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，所以表面层分子间的作用力表现为引力，这种力使液体表面层的相邻部分之间相互吸引，产生的吸引力即为表面张力；表面张力使液体表面有收缩的趋势；表面张力处于液体表面，而不是与液面垂直。故B、C正确。

对应学生用书

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有关表面张力现象的考查

(1)表面张力仅是产生向上的力的原因，表面张力不是向上的力，是表面各部分相互吸引的力。

(2)液体表面施加的向上的力属弹力范畴，是由表面要恢复形变引起的(恢复形变的力源于表面张力)，不同于浮力；浮力是浸入液体中的物体上、下表面的压强差产生的。

[典题例析]

1．(多选)对下列现象的分析正确的是( )

A．小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中靠的是液体表面的张力作用

B．小木块能够浮于水面上是液体表面张力与其重力平衡的结果

C．缝衣针浮在水面上不下沉是重力和水的浮力平衡的结果

D．喷泉喷射到空中形成一个个球形的小水珠是表面张力作用的结果

[思路点拨] 要正确区分表面张力和液面弹力、浮力等的不同；要注意结合平衡条件，求解液面上的平衡问题；要熟悉表面张力的大小和特点并能解释一些现象。

解析：仔细观察可以发现，小昆虫在水面上停留或行进过程中，其脚部位置比周围水面稍下陷，但仍在水面上而未陷入水中，就像踩在柔韧性非常好的膜上一样。因此，这是液体的表面张力在起作用。浮在水面上的缝衣针与小昆虫情况一样，故A选项正确，C选项错误。小木块浮于水面上时，木块的下部实际上已经陷入水中(排开一部分水)受到水的浮力作用，是浮力与重力平衡的结果，而非表面张力在起作用，因此，B选项错误。喷泉喷到空中的水分散时，每一小部分的表面都有表面张力在起作用且又处于失重状态，因而形成球状水珠(体积一定的情况下球形表面积最小，表面张力使液体表面有收缩到最小面积的趋势)，故D选项正确。

答案：AD

[探规寻律]

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：有使液体的表面收缩到最小的趋势。

[跟踪演练]

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

F．脱湿衣服感觉很费劲

G．绸布伞有缝隙但不漏雨水

H．锋利的玻璃片，用酒精灯烧一定时间后变钝了

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；选项F中脱湿衣服费劲是附着力造成的。