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选修三 第四节 液体的表面张力

选修三 第四节 液体的表面张力

作者: 樱_子 | 来源:发表于2023-04-12 11:29 被阅读0次

    一、液体表面张力

    (一)、观察实验现象

    1、铁丝环上系上棉线,棉线是松弛的,放入肥皂水(或洗洁精水)中,铁丝环上布满肥皂水的薄膜,用烧热的针刺破棉线一侧薄膜,发现线往另一侧薄膜拉紧弯曲,形成弧形,另一侧薄膜面积收缩;

    2、在铁丝环上系上棉线圈,棉线圈也是松弛的,放入肥皂水中,铁丝环布满薄膜,同样用烧热的针刺破棉线圈里的薄膜,发现棉线拉紧扩张,形成圆形,外面的薄膜面积收缩。

    说明:用热针容易使薄膜刺破,在于热针温度高,使液体快速蒸发而破裂。

    (二)、概念介绍与原因分析

    1、液体表面张力:液体的表面就像一张橡皮膜,具有使表面收缩的力,这个力叫液体表面张力。

    2、液体表面张力的方向:如果在液体表面画一条线,线两边的张力使液体表面收缩,其方向垂直于该线指向收缩的方向。

    3、影响液体表面张力的大小因素:与液体的种类、温度、边界线的长度都有关系。一般温度越高,表面张力越小;杂质也会影响表面张力,纯净水的表面张力是液体中最强,如加了洗洁精、肥皂液、酒精等杂质,表面张力会减小。之所以用肥皂水做薄膜,就是利用它的表面张力小,不容易破。

    4、原因分析:液体表面存在一层表面层,由于液体在表面的蒸发、液体分子的无规则运动以及表面液体分子受到指向液体内部的分子力作用,使得表面液体分子比较稀疏,分子间隔比较大,达到了分子引力的作用距离,即大于平衡距离,表面分子间的作用力表现为引力,这个力就是张力。

    (三)、液体表面张力产生的现象

    液体表面张力使得液体表面像一张拉紧的橡皮膜,所以昆虫、哪怕密度比水大的硬币等物体都能浮在水面上。特别强调硬币为什么不受到浮力,而受到液体表面张力,硬币密度比水大,容易下沉而受到浮力,由于硬币表层有油膜,它与水不浸润,不受到水的浮力,而是受到水表面的张力。

    液体表面张力使得液体具有收缩的趋势,这会使得液体的表面积尽可能的减小。在一定体积下,球形的表面积是所有几何体中表面积最小的。所以露珠的形状接近于球形、缓慢落下的水滴接近球形,在太空失重情况下,液体表面受到张力的作用而形成完整的球形。

    二、浸润与不浸润

    (一)观察实验现象与观看视频

    1、看实验:水滴滴在镜面上与打过石蜡的面上,发现前者有扩张的趋势,会附在固体面上,使固体表面潮湿,后者具有收缩的趋势,不会附在固体面上,不会使固体表面潮湿。

    2、看视频:水银在玻璃上收缩,不附在玻璃上,玻璃是干燥的;鸭子在水上游,羽毛不会被弄湿。

    (二)概念与原因分析

    1、浸润与不浸润:像水可以在玻璃上扩张、附着,水的这种现象叫做浸润;像水在石蜡面上、水银在玻璃面上、水在鸭子的羽毛上,液体收缩、不附着在固体上,这些液体现象叫做不浸润。

    2、原因分析:不管是液体浸润固体还是不浸润固体,液体与固体接触的地方有附着层,附着层的液体分子既受到液体内分子引力的作用,也受到固体分子引力的作用。当固体分子的引力更大时,附着层中液体分子的密度更大,液体分子间距减小,分子间作用力表现为斥力,附着层有扩张趋势,从而出现浸润现象;当液体内分子的引力更大,则附着层液体分子密度减小,分子间隔变大,表现为引力,具有收缩趋势,表现为不浸润——所以,不浸润本质上是液体表面张力的体现。液体浸润还是不浸润,既跟液体本身的种类有关,也与接触的固体有关,如水浸润玻璃,水银不浸润玻璃,水浸润玻璃,但不浸润石蜡,所以不能说哪种液体浸润或不浸润。

    3、浸润与不浸润的现象:人们采用表面经过特殊涂层处理的织物来制成防水布料;而医院使用脱脂棉来吸收药液等。

    三、毛细现象

    1、观察现象:两端开口的玻璃管插在水槽中,水在玻璃管中上升,玻璃管中的液面高于水槽的液面,且玻璃管越细,上升高度越大;同样将玻璃管插在水银槽中,水银在玻璃管中下降,玻璃管中的液面低于水银槽的液面,且玻璃管越细,下降的高度越大。

    2、概念:浸润液体在细管中上升,不浸润液体在细管中下降,这种现象都叫做毛细现象。

    3、原因分析:液体浸润细管时,细管内的液体附着层扩张,由于细管内液体表面张力,液面凹处两边受到合力斜向上的分子引力,使得液面凹处的压强小于大气压,从而细管液面上升;当液体不浸润细管时,细管内的液体附着层收缩,由于细管内液体表面张力,液面凸处两边受到合力斜向下的分子引力,使得液面凸处的压强大于大气压,从而细管液面下降。毛细现象的根本原因是液体的浸润(或不浸润)、液体表面张力。

    4、毛细现象及其作用:自然界中,土壤中存在很多的毛细管,通过毛细现象,水可以上升到植物的根部;植物体内的水可以从根部上升到树梢。在生活生产中,水沿着墙壁上升,整片强都湿了;毛巾吸水;灯芯吸油,等等。

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