3.1 液体的表面张力 学案（2020年鲁科版高中物理选修3-3）

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1、第第 1 节节 液体的表面张力液体的表面张力 目标定位 1.认识液体的微观结构.2.能解释液体表面张力产生的原因.3.理解由 于表面张力而产生的物理现象. 一、液体表面的收缩趋势 1.实验：回形针、硬币漂浮在水面上 (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 铁丝框上的肥皂膜会把滑棍拉回. 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：液体的表面都类似于张紧的弹性薄膜，具有收

2、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. 二、表面张力及其微观解释 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，所受重力影响不能忽略，则呈椭球形.在完全失重的环境 下，可形成标准的球形. 一、液体的微观结构及表面张力 1.液体的微观结构与宏观特性 液体中

3、的分子是密集排列在一起的，所以液体具有一定的体积.液体之间的分子 作用力比固体分子间的作用力要小.所以液体没有固定的形状，具有流动性，液 体分子的移动比固体分子容易，所以扩散比固体要快. 2.液体表面张力的成因分析 (1)由于蒸发现象，液体表面分子分布比内部分子分布稀疏，因而分子力表现为 引力. (2)表面层分子之间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面形成一层绷紧的 膜. (3)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 1 所示. 图 1 3.表面张力及其作用 (1)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.例如，吹出的肥

4、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，在完全失重条件下才呈球 形). (2)表面张力的大小除了跟边界线长度有关外，还跟液体的种类、温度有关. 【例 1】 (2019 清远高二检测)关于液体的表面张力，下面说法正确的是( ) A.表面张力是液体内各部分间的相互作用 B.表面张力的方向总是沿液体表面分布 C.表面张力的方向总是垂直液面，指向液体内部 D.小昆虫能在水面上自由走动与表面张力无关 答案 B 解析 表面张力是液体表面层分子间的相互作用，A 错误；表面张力的方向和液 面相切，并和液面两部分的分界线垂直，B 正确，C 错误；小昆虫能在水面上自 由走动

5、是由于表面张力的存在，D 错误. 针对训练 1 下列现象中不是因液体的表面张力所致的是( ) A.小孩用细管蘸肥皂水，吹出圆形的肥皂泡 B.漂浮在水面上的小木船 C.漂浮在水面上的硬币 D.慢慢向小酒杯中注水，即使水面稍高于杯口，水仍不会流出 答案 B 解析 木船漂浮在水面上， 是由于受到水的浮力的作用， 与液体的表面张力无关， 由于水的表面张力的作用使肥皂泡收缩到最小而成圆形； 由于水的表面张力的作 用使水面对硬币产生了向上的支持力；由于水的表面张力使水面像绷紧的薄膜， 即使水面稍高于杯口，水仍不会流出，故选项 B 正确. 【例 2】 下列说法正确的是( ) A.表面张力就是分子力 B.水面

6、托起缝衣针表明表面张力与缝衣针的重力相平衡 C.表面张力的大小跟液面上分界线的长短有关 D.液体表面好像张紧的橡皮膜具有收缩趋势 答案 CD 解析 表面张力是液体表面层内分子引力的宏观表现， 不能说表面张力就是分子 力，选项 A 错误；缝衣针在水面上静止是液体表面对其弹力与重力平衡，选项 B 错误； 表面张力的大小与液面上分界线的长短有关，且表面张力有使液面收缩的 趋势，因此选项 C、D 正确. 二、液体内部和表面层分子的分布特点 1.液体内部分子的运动特点：在液体内部，每个分子周围有许多别的分子.当某个 分子从平衡位置向某一方向运动时， 它一方面要受到所离开的那个方向的分子的 吸引，另一方面

7、又要受到所靠拢的那个方向的分子的排斥.引力和斥力的数量级 相同，通常可认为其大小相等.因此，液体内部分子只能在平衡位置附近振动， 分子间距等于 r0. 2.液体表面分子的分布：液体表面的分子由平衡位置向外运动时，因为气体分子 对它的引力很小，不起显著作用，它只受到内部分子的吸引力，因此使它恢复到 平衡位置的作用力就没有在液体内部时大， 使得表面层的分子振动的振幅要比液 体内部分子的振幅大，一些动能大的分子就有可能超出吸引力范围，成为气体分 子， 结果形成表面层的分子分布比液体内部的分子分布稀疏，分子之间的距离就 比较大(rr0). 【例 3】 关于液体表面的收缩趋势，正确的说法是( ) A.因

8、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 答案 C 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 rr0，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 rr0.分子间的作用力表现为引力，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. 针对训练

9、2 在液体与气体接触的表面层内，分子的分布及分子间的作用力的特 点是( ) A.分子的分布比液体内部密，分子间的作用力表现为引力 B.分子的分布比液体内部密，分子间的作用力表现为斥力 C.分子的分布比液体内部疏，分子间的作用力表现为引力 D.分子的分布比液体内部疏，分子间的作用力表现为斥力 答案 C 解析 对于液体表面层内的分子， 由于液体内部分子对它的引力大于空气分子对 它的引力，所以表面层内分子所受的合力指向液体内部，所以表面层的分子都有 挤进液体内部的趋势，因此表面层分子较液体内部稀疏，分子间的距离大，分子 力表现为引力，这是表面张力产生的原因，选项 C 正确. 液体的微观结构及表面张力

10、 1.关于液体的表面张力，下列说法中错误的是( ) A.表面张力是液面各部分间相互吸引的力 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.表面层里分子距离比液体内部大些，分子力表现为引力 答案 A 2.在以下事例中，不能用液体表面张力来解释的是( ) A.草叶上的露珠呈圆球形 B.油滴在水面上会形成一层油膜 C.用湿布不易擦去玻璃窗上的灰尘 D.油瓶外总是附有一层薄薄的油 答案 B 解析 要抓住表面张力产生的原因，再结合实例和具体现象去分析.液体的表面 层由于与空气接触，所以表面层里分子的分布比较稀疏，分子间

11、呈引力作用.在 这个力作用下，液体表面有收缩到最小的趋势，这个力就是表面张力.结合四个 例子看，只有 B 中油膜不是收缩而是扩散，所以 B 不能用表面张力的理论来解 释. 3.如图 2 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 部分用热针刺破，棉线的形状是下图中的哪一个( ) 图 2 答案 D 解析 肥皂膜未被刺破时，作用在棉线两侧的表面张力互相平衡，棉线可以有任 意形状.当把 a 部分液膜刺破后，在 b 部分液膜表面张力的作用下，棉线将被绷 紧.因液体表面有收缩到面积最小的趋势，而在同周长的几何图形中，圆面积最 大，所以棉线被拉成凹的圆弧形状，选项

12、 D 正确. 液体内部和表面层分子的分布特点 4.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 答案 C 解析 液体表面层分子分布比液体内部稀疏.液体表面层内分子间的相互作用表 现为引力，即分子间的引力比斥力大，选项 C 正确. 5.(2019 玉溪高二检测)液体表面具有收缩的趋势，其原因是( ) A.由于液体表面分子间距离小于平衡距离 r0，液面分子间表现为引力，所以液体 表面具有收缩的趋势 B.由于液体表面分子间的距离大于平衡距离 r0，液面分子间表现为引力，所以液 体表面具有收缩的趋势 C.由于液体表面的分子受到外部空气分子的吸引力，所以液体表面具有收缩的 趋势 D.因液体具有流动性，所以液体表面具有收缩的趋势 答案 B 解析 由于蒸发只在液体表面进行，因此液体表面层分子比较稀疏，分子间的距 离大于平衡距离 r0，液面分子间表现为引力，所以液体表面具有收缩的趋势，B 正确，A、C、D 错误.