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P23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3­1­1A．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3­1­22．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P24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。

答案：BCDGH对表面张力微观解释的考查[典题例析]2．关于液体表面的收缩趋势，正确的说法是( )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[思路点拨] 表面层中分子间距情况→分子力与分子间距离的关系解析：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，C 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：C[探规寻律]液体表面层与液体内部分子分布特点表面层液体内部分子密度稀疏密集分子间距d 10－10 m<d<10－9m d＝10－10 m分子力表现为引力(合力)斥力与引力平衡(合力为零)表现表面有收缩趋势不易被压缩[跟踪演练]液体表面张力产生的原因是( )A．液体表面层分子较紧密，分子间斥力大于引力B．液体表面层分子较紧密，分子间引力大于斥力C．液体表面层分子较稀疏，分子间引力大于斥力D．液体表面层分子较稀疏，分子间斥力大于引力解析：选C 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，故C正确。

对应学生用书P25[课堂双基落实]1．关于液体的表面张力现象，下列说法正确的是( )A．液体表面层的分子分布比内部密B．液体有使其体积收缩到最小的趋势C．液体表面层分子之间只有引力而无斥力D．液体有使其表面积收缩到最小的趋势解析：选D 液体表面层的分子分布比内部疏，故A错误；液体表面层分子间既有引力又有斥力，但引力大于斥力，即分子力为引力，此引力有使其表面积收缩到最小的趋势，故B、C错误，D正确。

2．液体表面张力产生的原因是( )A．在液体的表面层，分子间距过大，分子之间斥力消失，只有引力B．由于气体分子对表面层液体分子的吸引C．在液体的表面层里，由于分子间距比液体内部分子间距大，分子间引力占优势D．由于受到指向液体内部的吸引力的作用解析：选C 在液体的表面层，分子间距比液体内部分子间距大，分子间的引力大于斥力，对外表现为引力，A错误，C正确。

气体分子对表面层液体分子的吸引力非常小，可以忽略，B错误。

表面张力与液面相切，D错误。

3.如图3­1­3所示，金属框上阴影部分表示肥皂膜。

它被棉线分割成a、b两部分。

若将肥皂膜的a部分用针刺破，棉线的形状是图3­1­4中的( )图3­1­3图3­1­4解析：选D 刺破后，由于表面张力使液面收缩，故图中D正确。

4.如图3­1­5所示，金属框abcd水平放置，ab边能在框架上无摩擦地左右滑动。

让金属框布满肥皂膜，那么，ab边将向________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，使它向右做加速运动。

答案：右加速[课下综合检测]一、选择题1.关于液体的表面张力，下列说法正确的是( )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解析：选D 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；表面张力有使液体表面积收缩到最小的趋势，D正确。

2．关于液体的表面张力，下列说法中不．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，分子力表现为引力解析：选A 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错误。

3．(多选)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解析：选BC 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。