2019-2020學(xué)年高中物理 第3章 液體 第1節(jié) 液體的表面張力學(xué)案 魯科版選修3-3

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1、第1節(jié)　液體的表面張力 　1.理解液體的表面張力．(重點(diǎn))　2.通過(guò)分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)解釋表面張力的原因．(難點(diǎn)) 一、液體表面的收縮趨勢(shì) 1．實(shí)驗(yàn)：回形針、硬幣漂在水面上 (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稍有彎曲，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向上的支持力． 2．實(shí)驗(yàn)：觀察肥皂膜的變化 (1)現(xiàn)象 ①鐵絲框上的肥皂膜會(huì)把滑棍拉回． ②肥皂膜里的棉線圈，當(dāng)刺破圈內(nèi)肥皂膜，棉線圈外的肥皂膜就會(huì)收縮，使棉線張緊，形成圓形． (2)結(jié)論：液體的表面類(lèi)似于張緊的彈性薄膜，具有收縮的趨勢(shì)． 3

2、．實(shí)驗(yàn)結(jié)論 液體表面有一種收縮的趨勢(shì)．正是這種收縮的趨勢(shì)使露珠、乳滴等變?yōu)榍蛐危? 小木船漂浮在水面上是由水面的收縮趨勢(shì)引起的嗎？ 提示：不是．小木船漂浮在水面上是小木船受到了水的浮力引起的，而不是水面的收縮趨勢(shì)引起的． 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)薄層． (2)特點(diǎn)：表面層分子的分布比液體內(nèi)部稀疏． 2．表面張力 (1)定義：液體表面各部分間相互吸引的力． (2)作用效果：由于表面張力的作用，液體表面總要收縮到盡可能小的面積．而體積相等的各種形狀的物體中，球形物體的表面積最?。虼诵∷?、小露珠等都呈現(xiàn)球形．因露珠過(guò)大

3、，所受重力影響不能忽略，因而呈橢球形．在完全失重環(huán)境下，可形成標(biāo)準(zhǔn)的球形． (1)表面張力的作用是使液面具有收縮的趨勢(shì)．(　　) (2)表面張力是液體表面各部分間存在的相互吸引力．(　　) (3)水黽可以停在水面上不是表面張力引起的．(　　) 提示：(1)√　(2)√　(3)× 　液體表面與液體內(nèi)部分子分布特點(diǎn) 1．液體內(nèi)部分子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 液體中的分子跟固體一樣是密集排列在一起的，液體分子的熱運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為在平衡位置附近做微小的振動(dòng)，但液體分子只在很小的區(qū)域內(nèi)有規(guī)則的排列，這種區(qū)域是暫時(shí)形成的，邊界和大小隨時(shí)改變，有時(shí)瓦解，有時(shí)又重新形成．液體由大量這種暫時(shí)形成的小區(qū)

4、域構(gòu)成，這種小區(qū)域在雜亂無(wú)章地分布著． 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)橥獠靠諝夂驼羝肿訉?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(méi)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，成為蒸汽分子，結(jié)果造成表面層里的分子分布比液體內(nèi)部的分子分布稀疏，分子間的距離就比較大(r>r0)． 　(多選)關(guān)于液體的說(shuō)法正確的是(　　) A．液體分子間的相互作用比固體分子間的相互作用強(qiáng) B．液體分子同固體分子一樣，也是密集在一起的 C．液體分子的熱運(yùn)動(dòng)

5、沒(méi)有長(zhǎng)期固定的平衡位置 D．液體的擴(kuò)散比固體的擴(kuò)散快 [思路點(diǎn)撥]　液體的性質(zhì)來(lái)自于其內(nèi)部及表面的分子分布特點(diǎn)． [解析]　液體具有一定的體積，是液體分子密集在一起的緣故，但液體分子間的相互作用不像固體中的那樣強(qiáng)，所以選項(xiàng)B是正確的，選項(xiàng)A是錯(cuò)誤的．液體具有流動(dòng)性的原因是液體分子熱運(yùn)動(dòng)的平衡位置不固定，液體分子可以在液體中移動(dòng)；也正是因?yàn)橐后w分子在液體里移動(dòng)比固體容易，所以其擴(kuò)散也比固體的擴(kuò)散快，選項(xiàng)C、D都是正確的． [答案]　BCD 　表面張力的形成及其作用 1．表面張力的形成 (1)表面層：液體與氣體接觸的表面存在著一個(gè)薄層，叫表面層． (2)微觀解釋?zhuān)阂后w與氣體接觸的

6、表面層中的分子分布較內(nèi)部稀疏，分子間距大于分子力平衡時(shí)的距離r0(而液體內(nèi)部分子間的距離可以認(rèn)為等于r0，分子間相互作用的引力和斥力可認(rèn)為相等)，分子間的相互作用力表現(xiàn)為引力，從而使液體表面像一塊張緊了的膜，各部分之間存在相互吸引的力，即表面張力．液體內(nèi)部的分子受到鄰近分子的引力在各個(gè)方向上的合力等于零．而液體表面層分子受到引力的合力指向液體的內(nèi)部． (3)表面張力的方向：表面張力的方向，與液面相切，垂直于液面上的各條分界線，如圖所示． 2．表面張力的作用 (1)表面張力使液體表面具有收縮趨勢(shì)，使液體面積趨于最小，而在體積相同的條件下，球形的表面積最?。? 例如，吹出的肥皂泡呈球形，

7、滴在潔凈玻璃上的水銀滴呈球形．(由于受重力的影響，往往呈扁球形，在失重條件下呈球形) (2)表面張力的大小除跟邊界長(zhǎng)度有關(guān)外，還跟液體的種類(lèi)、溫度有關(guān)．一般情況下，溫度越高，表面張力就越?。硗?，雜質(zhì)也會(huì)明顯地改變液體的表面張力大?。热鐫崈舻乃泻艽蟮谋砻鎻埩Γ从蟹试硪旱乃谋砻鎻埩捅容^?。簿褪钦f(shuō)，潔凈水的表面具有更大的收縮趨勢(shì)． 　表面張力不是指?jìng)€(gè)別分子間的相互引力，而是表面層中大量分子間的引力的宏觀表現(xiàn)．凡液體與氣體接觸的表面都存在表面張力． 　(多選)有關(guān)液體表面張力的下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．表面張力產(chǎn)生在液體表面層，它的方向跟液面垂直 B．表面張力產(chǎn)生在液體

8、表面層，它的方向跟液面相切 C．表面張力產(chǎn)生在液體附著層，它的方向跟液面垂直 D．作用在任何一部分液面上的表面張力，總是跟這部分液面的分界線垂直 [思路點(diǎn)撥]　液體表面張力產(chǎn)生的原因是由于液體表面分子蒸發(fā)，使得分子間距離大于r0而產(chǎn)生引力，引力總是與液體表面相切，與液面任意一條分界線垂直． [解析]　液體表面張力產(chǎn)生在液體表面層，與液面相切，B選項(xiàng)正確；如果在液體表面畫(huà)一條線，線兩側(cè)的液體之間的作用力是引力，引力方向與這條分界線垂直，D選項(xiàng)正確． [答案]　BD 　1.對(duì)下列現(xiàn)象的成因解釋正確的是(　　) A．小木塊能夠浮于水面上是液體表面張力與其重力平衡的結(jié)果 B．小昆蟲(chóng)能

9、在水面上自由來(lái)往而不陷入水中是液體的表面張力與其重力平衡的結(jié)果 C．噴泉噴射到空中形成一個(gè)個(gè)球形的小水珠是表面張力作用的結(jié)果 D．液面為凸形時(shí)表面張力使表面收縮，液面為凹形時(shí)表面張力使表面伸張 解析：選C.木塊浮在水面上是浮力與其重力平衡，A錯(cuò)誤；小昆蟲(chóng)在水面上不下陷是液膜對(duì)其彈力與其重力平衡，B錯(cuò)誤；水在表面張力作用下，收縮到表面積最小，即球形，C正確；不論液面為凸面還是凹面，表面張力的效果總使表面收縮到最小，故D錯(cuò)誤． 　液體表面張力的應(yīng)用 　在鐵絲框架上有一可以自由滑動(dòng)的細(xì)鐵絲ab，如圖所示，鐵絲長(zhǎng)L＝20 cm，框上布滿著液膜，使液膜表面積增加ΔS＝200 cm2，需要做多少

10、功？(液體表面單位長(zhǎng)度的表面張力d＝72×10－3 N/m，摩擦可以不計(jì)) [思路點(diǎn)撥]　本題的關(guān)鍵是弄清楚外力做的功和表面張力做的功大小相等． [解析]　液膜形成表面張力，使液膜有收縮趨勢(shì)，要使液膜增大，必須是外力克服表面張力做功，由于是液膜的兩個(gè)表面，所以作用在ab桿上的表面張力F＝72×10－3×L×2＝0.144L. 克服表面張力做功： W＝Fs′＝0.144Ls′＝0.144×ΔS＝2.88×10－3 J. [答案]　2.88×10－3 J 　2.如圖所示，金屬框上陰影部分表示肥皂膜，它被棉線分割成a、b兩部分．若將肥皂膜的a部分用熱針刺破，棉線的形狀是下圖中的哪一個(gè)(　

11、　) 解析：選D.肥皂膜未被刺破時(shí)，作用在棉線兩側(cè)的表面張力互相平衡，棉線可以有任意形狀．當(dāng)把a(bǔ)部分液膜刺破后，在b部分液膜表面張力的作用下，棉線將被繃緊．因液體表面有收縮到面積最小的趨勢(shì)，所以棉線被拉成凹的圓弧形狀，正確選項(xiàng)為D. [隨堂檢測(cè)] 1．液體表面張力產(chǎn)生的原因是(　　) A．在液體的表面層，分子間距大，分子之間斥力消失，只有引力 B．由于氣體分子對(duì)表面層液體分子的吸引 C．在液體的表面層里，由于分子間距比液體內(nèi)部大，分子間引力大于斥力 D．由于受到指向液體內(nèi)部的吸引力作用 解析：選C.在液體內(nèi)部，分子間距約為r0，分子間引力與斥力大致相等，在表面層，分子間

12、距大于r0，分子間引力大于斥力，合力為引力，即表面張力． 2．關(guān)于液體的表面張力，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．液體表面張力是液體各部分之間的相互吸引力 B．液體表面層分子的分布比內(nèi)部稀疏，分子力表現(xiàn)為零 C．不論是水還是水銀，表面張力都會(huì)使表面收縮 D．表面張力的方向與液面垂直 解析：選C.液體表面張力就是液體表面各部分之間相互吸引的力，A錯(cuò)．液體的表面層分子要比內(nèi)部稀疏些，分子間的距離較內(nèi)部分子間的距離大，表面層分子間表現(xiàn)為引力，B錯(cuò)．液體的表面張力總使液面具有收縮的趨勢(shì)，C對(duì)．液體表面張力的方向總是與液面相切，總是跟液面分界線相垂直，D錯(cuò)． 3．(多選)下列現(xiàn)象中，能說(shuō)明

13、液體存在表面張力的有(　　) A．水黽可以停在水面上 B．葉面上的露珠呈球形 C．滴入水中的紅墨水很快散開(kāi) D．懸浮在水中的花粉做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) 解析：選AB.水黽可以停在水面上和露珠呈球形均是由于液體表面張力的作用；C、D兩選項(xiàng)中的現(xiàn)象均是由于分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)． 4．液體表面具有收縮趨勢(shì)的原因是(　　) A．液體可以流動(dòng) B．液體表面層分子間距小于液體內(nèi)部分子間距 C．與液面接觸的容器壁的分子，對(duì)液體表面分子有吸引力 D．液體表面層分子間距離大于液體內(nèi)部分子間距離 解析：選D.由于液體表面層分子間的距離大于液體內(nèi)部分子間的距離，所以表面層的分子間的作用力為引力，這種力使液體

14、表面層的相鄰部分之間相互吸引，產(chǎn)生的吸引力即表面張力；表面張力使液體表面有收縮的趨勢(shì)． 5．試解釋下列現(xiàn)象： (1)手套被雨水浸濕后很難從手上脫下． (2)如有兩枚硬幣漂浮于水面上，且兩者間距約1 cm時(shí)，兩硬幣會(huì)急劇地相吸靠近，為什么？ 解析：(1)因?yàn)闈袷痔椎睦w維間的空隙中有水，水跟空氣接觸的表面層具有收縮趨勢(shì)，這種收縮趨勢(shì)使手套纖維間距離縮小，于是手套的表面積減小，使手套緊箍在手上很難脫下． (2)當(dāng)漂浮于水面的兩枚硬幣相距較近時(shí)，兩硬幣之間的水面呈凸曲面狀，此時(shí)由于水的表面張力，將使其表面收縮，表面張力的方向總是沿著液面的切線方向，使兩個(gè)硬幣在水平方向上各自受力不平衡，左邊硬

15、幣在水平方向上承受表面張力的合力指向右，而右邊硬幣受到的合力指向左，因而發(fā)生相互“吸引”的現(xiàn)象． 答案：見(jiàn)解析 [課時(shí)作業(yè)] 一、單項(xiàng)選擇題 1．關(guān)于液體，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．液體的性質(zhì)介于氣體和固體之間，更接近氣體 B．液體表現(xiàn)出各向異性 C．液體分子的熱運(yùn)動(dòng)與固體類(lèi)似，主要表現(xiàn)為在固定的平衡位置附近做微小振動(dòng) D．液體的擴(kuò)散比固體的擴(kuò)散快 解析：選D.液體分子間距離與固體分子間距離接近，都不易被壓縮，故A錯(cuò)．液體由大量暫時(shí)形成的小區(qū)域構(gòu)成，這種小區(qū)域雜亂無(wú)章地分布著，因而液體表現(xiàn)出各向同性，故B錯(cuò)．液體分子與固體分子都在平衡位置附近做微小振動(dòng)，所不同的是液體沒(méi)有

16、固定的平衡位置，故C錯(cuò)．液體的擴(kuò)散要比固體的擴(kuò)散快，故D對(duì)． 2．液體表面張力產(chǎn)生的原因是(　　) A．液體表面層分子較緊密，分子間斥力大于引力 B．液體表面層分子較緊密，分子間引力大于斥力 C．液體表面層分子較稀疏，分子間引力大于斥力 D．液體表面層分子較稀疏，分子間斥力大于引力 解析：選C.液體表面層分子間距離介于氣體和液體之間．液體分子力可認(rèn)為是零，則表面層分子力表現(xiàn)為引力，故C正確． 3．關(guān)于液體表面的現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．液體表面層的分子分布比內(nèi)部密 B．液體有使其體積收縮到最小的趨勢(shì) C．液體表面層分子之間只有引力而無(wú)斥力 D．液體有使其表面積收

17、縮到最小的趨勢(shì) 解析：選D.液體表面層的分子分布比內(nèi)部稀疏，故A錯(cuò)誤；液體由于表面張力作用，有使其表面積收縮到最小的趨勢(shì)，故B錯(cuò)誤，D正確；液體表面層分子之間既有引力也有斥力，只是由于分子間距離較大，表現(xiàn)為引力，故C錯(cuò)誤． 4．將一枚硬幣輕輕地平放在水面上，可以不下沉，此時(shí)與硬幣重力相平衡的力是(　　) A．水面的支持力 B．水的表面張力 C．水的浮力和表面張力的合力 D．水的浮力和空氣浮力的合力 解析：選A.硬幣受到重力和水面給予的支持力作用而平衡，表面張力是水面上各部分水之間的作用力的合力，而不是硬幣受到的力；當(dāng)然支持力的產(chǎn)生是由于水面間的表面張力．硬幣并沒(méi)有浸入水中，故不受

18、浮力作用． 5．下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．不論是何種液體，表面張力總要使液體表面積增大 B．表面張力的方向總是向下 C．表面層內(nèi)的液體分子沒(méi)有斥力，只有引力 D．表面層內(nèi)的液體分子分布比液體內(nèi)部稀疏，分子間作用力表現(xiàn)為引力 解析：選D.表面張力使液面收縮，方向不確定，表面層內(nèi)分子間引力大于斥力，D選項(xiàng)正確． 6．在天平的左盤(pán)掛一根鐵絲，右盤(pán)放一砝碼，且鐵絲浸于液體中，此時(shí)天平平衡，如圖所示，現(xiàn)將左端液體下移使鐵絲剛剛離開(kāi)液面，則(　　) A．天平仍然平衡 B．由于鐵絲離開(kāi)水面沾上液體，重量增加而使天平平衡破壞，左端下降 C．由于鐵絲剛離開(kāi)液面，和液面間生成一液膜，此液

19、體膜的表面張力使天平左端下降 D．以上說(shuō)法都不對(duì) 解析：選C.鐵絲在剛離開(kāi)液面時(shí)，和液面之間形成一層膜，膜中分子密度小，分子稀疏，分子力表現(xiàn)為引力，對(duì)鐵絲產(chǎn)生向下的拉力作用，使天平左端下降． 二、多項(xiàng)選擇題 7．關(guān)于液體的說(shuō)法正確的是(　　) A．液體表現(xiàn)出各向同性 B．液體表現(xiàn)出各向異性 C．分子在液體里的移動(dòng)比在固體中容易得多 D．液體中擴(kuò)散現(xiàn)象是由液體分子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的 解析：選ACD.液體由大量暫時(shí)形成的雜亂無(wú)章分布的小區(qū)域構(gòu)成，所以液體表現(xiàn)出各向同性．所以選項(xiàng)A是正確的，選項(xiàng)B是錯(cuò)誤的．液體中擴(kuò)散現(xiàn)象是由液體分子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，分子在液體里的移動(dòng)比在固體中容易得多，所以液體

20、的擴(kuò)散要比固體的擴(kuò)散快．選項(xiàng)C、D都是正確的． 8．人類(lèi)對(duì)自然的認(rèn)識(shí)是從宏觀到微觀不斷深入的過(guò)程．以下說(shuō)法正確的是(　　) A．液體的分子勢(shì)能與體積有關(guān) B．晶體的物理性質(zhì)都是各向異性的 C．溫度升高，每個(gè)分子的動(dòng)能都增大 D．露珠呈球狀是由于液體表面張力的作用 解析：選AD.分子勢(shì)能與分子間距有關(guān)，選項(xiàng)A正確；晶體分為單晶體和多晶體，單晶體的某些性質(zhì)具有各向異性，而多晶體具有各向同性，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；溫度升高，分子平均動(dòng)能增大，但每個(gè)分子的動(dòng)能不一定增大，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；露珠呈球狀就是因?yàn)橐后w表面張力的作用，選項(xiàng)D正確． 9．下列敘述中正確的是(　　) A．液體表面張力隨溫度升高而增

21、大 B．液體盡可能的收縮它們的表面積 C．液體表面層的分子比液體內(nèi)部的分子有更大的分子勢(shì)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 解析：選BC.這是有關(guān)液體表面分子相互作用的問(wèn)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，即表面張力，這樣液體表面就有收縮到最小的趨勢(shì)．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，當(dāng)r＝r0時(shí)，分子勢(shì)能最小，在表面層r>r0，所以分子勢(shì)能比液體內(nèi)部的分子勢(shì)能大． 10．下列有關(guān)表面張力的說(shuō)法中，正確的是(　　) A

22、．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收縮 C．有些小昆蟲(chóng)能在水面自由行走，這是由于有表面張力的緣故 D．用滴管滴液滴，滴的液滴總是球形，這是由于表面張力的緣故 解析：選BCD.表面張力的作用效果是使液體表面收縮，由于表面張力，被壓彎的液面收縮，使小昆蟲(chóng)浮在液面上；由于表面張力使液滴收縮成球形． 三、非選擇題 11．如圖所示，在培養(yǎng)皿內(nèi)注入清水．讓兩根細(xì)木桿相互平行地浮在水面上，然后在細(xì)木桿之間輕輕地滴入幾滴酒精，細(xì)木桿會(huì)“自動(dòng)”散開(kāi)．請(qǐng)你解釋這一現(xiàn)象． 解析：漂浮在水面上的細(xì)木桿，原來(lái)兩邊受到大小相等、方向相反的表面張力作用而處于平衡狀態(tài)，滴入酒精后，細(xì)木桿之間液體的表面張力減小，使得內(nèi)側(cè)的表面張力比外側(cè)的表面張力小，細(xì)木桿就被“拉”開(kāi)了． 答案：見(jiàn)解析 12.如圖所示，把橄欖油滴入水和酒精的混合液里，當(dāng)混合液的密度與橄欖油密度相同時(shí)，滴入的橄欖油呈球狀懸浮在液體中，為什么？ 解析：滴入混合液中的油滴，受到豎直向下的重力和液體對(duì)它豎直向上的浮力作用．由于油的密度與液體的密度相同，使得油滴好像處于失重狀態(tài)．油滴在表面張力的作用下，收縮液面有使液面盡量減小的趨勢(shì)．因?yàn)樵谕w積的幾何體中，球的表面積最小，所以油滴在表面張力作用下收縮成球狀懸浮在混合液內(nèi)． 答案：見(jiàn)解析 10