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高中物理 選修3 3 魯科版 第3章液體第1節(jié)液體的表面張力 目標(biāo)定位 1 認(rèn)識(shí)液體的微觀結(jié)構(gòu) 2 能解釋液體表面張力產(chǎn)生的原因 3 理解由于表面張力而產(chǎn)生的物理現(xiàn)象 一 液體表面的收縮趨勢1 實(shí)驗(yàn) 回形針 硬幣漂浮在水面上 1 現(xiàn)象 當(dāng)回形針或硬幣漂浮在水面上時(shí) 托起回形針或硬幣的水面 就像放有圓形小物品的橡皮膜稍有彎曲一樣 2 結(jié)論 液面給回形針或硬幣等小物品施加了的支持力 稍有彎曲 向上 2 實(shí)驗(yàn) 觀察肥皂膜的變化 1 現(xiàn)象 鐵絲框上的肥皂膜會(huì)把滑棍 肥皂膜里的棉線圈 當(dāng)刺破圈內(nèi)肥皂膜 棉線圈外的肥皂膜使棉線張緊 形成 2 結(jié)論 液體的表面都類似于張緊的彈性薄膜 具有的趨勢 3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 液體表面有一種的趨勢 正是這種的趨勢使露珠 乳滴等變?yōu)榍蛐?拉回 圓形 收縮 收縮 收縮 二 表面張力及其微觀解釋1 表面層 1 定義 液體與氣體接觸的表面存在的一個(gè) 2 特點(diǎn) 表面層分子的分布比液體內(nèi)部 薄層 稀疏 2 表面張力 1 定義 液體表面各部分間相互的力 2 作用效果 由于表面張力的作用 液體表面總要到盡可能小的面積 而體積相等的各種形狀的物體中 球形物體的表面積 因此小水珠 小露珠等都呈現(xiàn) 若露珠過大 重力影響不能忽略 則呈 在完全失重環(huán)境下 可形成標(biāo)準(zhǔn)的球形 吸引 收縮 最小 球形 橢球形 一 液體的微觀結(jié)構(gòu)及表面張力1 液體的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀特性 液體中的分子是密集排列在一起的 所以液體具有一定的體積 液體之間的分子作用力比固體分子間的作用力要小 所以液體沒有固定的形狀 具有流動(dòng)性 分子的移動(dòng)比固體分子容易 所以擴(kuò)散比固體要快 2 液體表面張力的成因分析 1 由于蒸發(fā)現(xiàn)象 液體表面分子分布比內(nèi)部分子稀疏 因而分子力表現(xiàn)為引力 2 表面層分子之間的引力使液面產(chǎn)生了表面張力 使液體表面形成一層繃緊的膜 3 表面張力的方向和液面相切 垂直于液面上的各條分界線 如圖3 1 1所示 圖3 1 1 3 表面張力及其作用 1 表面張力使液體表面具有收縮趨勢 使液體表面積趨于最小 而在體積相同的條件下 球形的表面積最小 例如 吹出的肥皂泡呈球形 滴在潔凈玻璃板上的水銀滴呈球形 但由于受重力的影響 往往呈扁球形 在完全失重條件下才呈球形 2 表面張力的大小除了跟邊界線長度有關(guān)外 還跟液體的種類 溫度有關(guān) 例1 下列敘述中正確的是 A 液體表面張力隨溫度升高而增大B 液體盡可能在收縮它們的表面積C 液體表面層的分子比液體內(nèi)部的分子有更大的勢能D 液體表面層的分子分布要比液體內(nèi)部分子分布緊密些答案BC 解析這是有關(guān)液體表面層分子相互作用的問題 液體的表面層由于和氣體接觸 與內(nèi)部情況不同 表面層分子的分布要比內(nèi)部稀疏 這樣分子間就表現(xiàn)為引力了 宏觀上即表面張力 這樣液體表面就有收縮到最小的趨勢 隨溫度的升高 表面層分子距離更要增大 引力作用隨之減小 所以表面張力要減小 而在液體內(nèi) 分子間的引力基本等于斥力 即r r0 分子勢能最小 在表面層r r0 所以分子勢能比液體內(nèi)部的分子勢能大 借題發(fā)揮表面層液體分子間距離大于r0 升溫時(shí) 表面層分子距離增大 要克服分子引力做功 故液體分子勢能增大 而由分子間作用的特點(diǎn)可知 表面張力將隨分子間距的增大而減小 針對(duì)訓(xùn)練1下列關(guān)于液體表面張力的說法中正確的是 A 表面張力的作用是使液體表面伸張B 表面張力的作用是使液體表面繃緊C 有些小昆蟲能在水面上自由行走 這是由于水的表面張力的緣故D 用滴管滴液滴 滴的液滴總近似是球形 這是由于表面張力的緣故答案BCD 解析表面張力的作用效果是使液體表面繃緊 由于表面張力 使小昆蟲站在液面上 由于表面張力使液滴收縮成球形 故正確答案為B C D 例2 下列說法正確的是 A 表面張力就是分子力B 水面托起縫衣針表明表面張力與縫衣針的重力相平衡C 表面張力的大小跟液面上分界線的長短有關(guān)D 液體表面好像張緊的橡皮膜具有收縮趨勢答案CD 解析表面張力是液體表面層內(nèi)分子引力的宏觀表現(xiàn) 不能說表面張力就是分子力 故A選項(xiàng)錯(cuò)誤 縫衣針在水面上靜止是液膜對(duì)其彈力與重力平衡 B選項(xiàng)錯(cuò)誤 表面張力的大小與液面上分界線的長短有關(guān) 且表面張力有使液面收縮的趨勢 因此C D選項(xiàng)正確 二 液體內(nèi)部和表面層分子的分布特點(diǎn)1 液體內(nèi)部分子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 在液體內(nèi)部 每個(gè)分子周圍有許多別的分子 當(dāng)某個(gè)分子從平衡位置向某一方向運(yùn)動(dòng)時(shí) 它一方面要受到所離開的那個(gè)方向的分子的吸引 另一方面又要受到所靠攏的那個(gè)方向的分子的排斥 引力和斥力的數(shù)量級(jí)相同 通?？烧J(rèn)為其大小相等 因此 液體內(nèi)部分子只能在平衡位置附近振動(dòng) 分子間距等于r0 2 液體表面分子的分布 液體表面附近的分子由平衡位置向外運(yùn)動(dòng)時(shí) 因?yàn)闅怏w分子對(duì)它的斥力很小 不起顯著作用 它只受到內(nèi)部分子的吸引力 因此使它恢復(fù)到平衡位置的作用力就沒有在液體內(nèi)部時(shí)大 使得表面層里的分子振動(dòng)的振幅要比液體內(nèi)部分子的振幅大 一些動(dòng)能大的分子就有可能沖出吸引力范圍 成為氣體分子 結(jié)果形成表面層里的分子分布比液體內(nèi)部的分子分布稀疏 分子之間的距離就比較大 r r0 例3 關(guān)于液體表面的收縮趨勢 正確的說法是 A 因?yàn)橐后w表面分子的分布比內(nèi)部密集 所以有收縮趨勢B 液體表面分子的分布和內(nèi)部相同 所以有收縮趨勢C 因?yàn)橐后w表面分子的分布比內(nèi)部稀疏 所以有收縮趨勢D 液體表面分子受到與其接觸的氣體分子的斥力作用 使液體表面有收縮趨勢答案C 解析液體表面層內(nèi)分子比液體內(nèi)部分子分布稀疏 在液體內(nèi)部分子間的距離是r r0 分子引力和分子斥力相等 對(duì)外表現(xiàn)的分子力為零 在表面層 分子間的距離是r r0 分子間的作用力表現(xiàn)為相互吸引 它的作用是使液體表面繃緊 有收縮的趨勢 A B錯(cuò)誤 C正確 表面層上方的氣體分子對(duì)液體表面分子的吸引力很小 可以忽略 不是使液體表面收縮的原因 故D錯(cuò)誤 針對(duì)訓(xùn)練2在液體與氣體接觸的表面層內(nèi) 分子的分布及分子間的作用力的特點(diǎn)是 A 分子的分布比液體內(nèi)部密 分子間的作用力表現(xiàn)為引力B 分子的分布比液體內(nèi)部密 分子間的作用力表現(xiàn)為斥力C 分子的分布比液體內(nèi)部疏 分子間的作用力表現(xiàn)為引力D 分子的分布比液體內(nèi)部疏 分子間的作用力表現(xiàn)為斥力答案C 解析對(duì)于液體表面層內(nèi)的分子 由于液體內(nèi)部分子對(duì)它的引力大于空氣分子對(duì)它的引力 所以表面層內(nèi)分子所受的合力指向液體內(nèi)部 所以表面層的分子都有擠進(jìn)液體內(nèi)部的趨勢 因此表面層分子較液體內(nèi)部稀疏 分子間的距離大 分子力表現(xiàn)為引力 這是表面張力產(chǎn)生的原因 選項(xiàng)C正確