2019-2020學年高中物理 第3章 液體 第1節(jié) 液體的表面張力學案 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)　2.通過分子動理論的觀點解釋表面張力的原因．(難點) 一、液體表面的收縮趨勢 1．實驗：回形針、硬幣漂在水面上 (1)現(xiàn)象：當回形針或硬幣漂浮在水面上時，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．實驗：觀察肥皂膜的變化 (1)現(xiàn)象 ①鐵絲框上的肥皂膜會把滑棍拉回． ②肥皂膜里的棉線圈，當刺破圈內(nèi)肥皂膜，棉線圈外的肥皂膜就會收縮，使棉線張緊，形成圓形． (2)結(jié)論：液體的表面類似于張緊的彈性薄膜，具有收縮的趨勢． 3

2、．實驗結(jié)論 液體表面有一種收縮的趨勢．正是這種收縮的趨勢使露珠、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薄層． (2)特點：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小．因此小水珠、小露珠等都呈現(xiàn)球形．因露珠過大

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，可形成標準的球形． (1)表面張力的作用是使液面具有收縮的趨勢．(　　) (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 1．液體內(nèi)部分子的運動特點 液體中的分子跟固體一樣是密集排列在一起的，液體分子的熱運動主要表現(xiàn)為在平衡位置附近做微小的振動，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)域是暫時形成的，邊界和大小隨時改變，有時瓦解，有時又重新形成．液體由大量這種暫時形成的小區(qū)

4、域構(gòu)成，這種小區(qū)域在雜亂無章地分布著． 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動時，因為外部空氣和蒸汽分子對它的斥力很小，不起顯著作用，它只受到內(nèi)部分子的吸引力，因此使它恢復到平衡位置的作用力就沒有在液體內(nèi)部時大，使得表面層里的分子振動的振幅要比液體內(nèi)部分子的振幅大，一些動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 B．液體分子同固體分子一樣，也是密集在一起的 C．液體分子的熱運動

5、沒有長期固定的平衡位置 D．液體的擴散比固體的擴散快 [思路點撥]　液體的性質(zhì)來自于其內(nèi)部及表面的分子分布特點． [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，所以選項B是正確的，選項A是錯誤的．液體具有流動性的原因是液體分子熱運動的平衡位置不固定，液體分子可以在液體中移動；也正是因為液體分子在液體里移動比固體容易，所以其擴散也比固體的擴散快，選項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薄層，叫表面層． (2)微觀解釋：液體與氣體接觸的

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的距離r0(而液體內(nèi)部分子間的距離可以認為等于r0，分子間相互作用的引力和斥力可認為相等)，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，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度有關(guān)外，還跟液體的種類、溫度有關(guān)．一般情況下，溫度越高，表面張力就越?。硗?，雜質(zhì)也會明顯地改變液體的表面張力大小．比如潔凈的水有很大的表面張力，而沾有肥皂液的水的表面張力就比較小．也就是說，潔凈水的表面具有更大的收縮趨勢． 　表面張力不是指個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選項正確；如果在液體表面畫一條線，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選項正確． [答案]　BD 　1.對下列現(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．小昆蟲能

9、在水面上自由來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個球形的小水珠是表面張力作用的結(jié)果 D．液面為凸形時表面張力使表面收縮，液面為凹形時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錯誤；小昆蟲在水面上不下陷是液膜對其彈力與其重力平衡，B錯誤；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錯誤． 　液體表面張力的應用 　在鐵絲框架上有一可以自由滑動的細鐵絲ab，如圖所示，鐵絲長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？(液體表面單位長度的表面張力d＝72×10－3 N/m，摩擦可以不計) [思路點撥]　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，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(　

11、　) 解析：選D.肥皂膜未被刺破時，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．當把a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，所以棉線被拉成凹的圓弧形狀，正確選項為D. [隨堂檢測] 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．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．液體的表面張力總使液面具有收縮的趨勢，C對．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． 3．(多選)下列現(xiàn)象中，能說明

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 D．懸浮在水中的花粉做無規(guī)則運動 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兩選項中的現(xiàn)象均是由于分子的無規(guī)則運動． 4．液體表面具有收縮趨勢的原因是(　　) A．液體可以流動 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． 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，兩硬幣會急劇地相吸靠近，為什么？ 解析：(1)因為濕手套的纖維間的空隙中有水，水跟空氣接觸的表面層具有收縮趨勢，這種收縮趨勢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)當漂浮于水面的兩枚硬幣相距較近時，兩硬幣之間的水面呈凸曲面狀，此時由于水的表面張力，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：見解析 [課時作業(yè)] 一、單項選擇題 1．關(guān)于液體，下列說法正確的是(　　) 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．液體分子的熱運動與固體類似，主要表現(xiàn)為在固定的平衡位置附近做微小振動 D．液體的擴散比固體的擴散快 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．液體由大量暫時形成的小區(qū)域構(gòu)成，這種小區(qū)域雜亂無章地分布著，因而液體表現(xiàn)出各向同性，故B錯．液體分子與固體分子都在平衡位置附近做微小振動，所不同的是液體沒有

16、固定的平衡位置，故C錯．液體的擴散要比固體的擴散快，故D對． 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 C．液體表面層分子之間只有引力而無斥力 D．液體有使其表面積收

17、縮到最小的趨勢 解析：選D.液體表面層的分子分布比內(nèi)部稀疏，故A錯誤；液體由于表面張力作用，有使其表面積收縮到最小的趨勢，故B錯誤，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錯誤． 4．將一枚硬幣輕輕地平放在水面上，可以不下沉，此時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；當然支持力的產(chǎn)生是由于水面間的表面張力．硬幣并沒有浸入水中，故不受

18、浮力作用． 5．下列說法中正確的是(　　) 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選項正確． 6．在天平的左盤掛一根鐵絲，右盤放一砝碼，且鐵絲浸于液體中，此時天平平衡，如圖所示，現(xiàn)將左端液體下移使鐵絲剛剛離開液面，則(　　) A．天平仍然平衡 B．由于鐵絲離開水面沾上液體，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．以上說法都不對 解析：選C.鐵絲在剛離開液面時，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，對鐵絲產(chǎn)生向下的拉力作用，使天平左端下降． 二、多項選擇題 7．關(guān)于液體的說法正確的是(　　) 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比在固體中容易得多 D．液體中擴散現(xiàn)象是由液體分子運動產(chǎn)生的 解析：選ACD.液體由大量暫時形成的雜亂無章分布的小區(qū)域構(gòu)成，所以液體表現(xiàn)出各向同性．所以選項A是正確的，選項B是錯誤的．液體中擴散現(xiàn)象是由液體分子運動產(chǎn)生的，分子在液體里的移動比在固體中容易得多，所以液體

20、的擴散要比固體的擴散快．選項C、D都是正確的． 8．人類對自然的認識是從宏觀到微觀不斷深入的過程．以下說法正確的是(　　) A．液體的分子勢能與體積有關(guān) B．晶體的物理性質(zhì)都是各向異性的 C．溫度升高，每個分子的動能都增大 D．露珠呈球狀是由于液體表面張力的作用 解析：選AD.分子勢能與分子間距有關(guān)，選項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B錯誤；溫度升高，分子平均動能增大，但每個分子的動能不一定增大，選項C錯誤；露珠呈球狀就是因為液體表面張力的作用，選項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．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r＝r0時，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． 10．下列有關(guān)表面張力的說法中，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．讓兩根細木桿相互平行地浮在水面上，然后在細木桿之間輕輕地滴入幾滴酒精，細木桿會“自動”散開．請你解釋這一現(xiàn)象． 解析：漂浮在水面上的細木桿，原來兩邊受到大小相等、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，細木桿就被“拉”開了． 答案：見解析 12.如圖所示，把橄欖油滴入水和酒精的混合液里，當混合液的密度與橄欖油密度相同時，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．因為在同體積的幾何體中，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：見解析 10