1液体的表面张力
高中物理第3章液体第1节液体的表面张力课件鲁科选修3_3
球形。若露珠过大， 最小 。因此小水珠、小露珠等都呈现_____ 积_____
椭球形 ，完全失重环境下，可形 重力影响不能忽略，则呈 ________
成标准的球形。
[跟随名师· 解疑难]
1．液体表面张力的形成 (1)分子分布特点：由于蒸发现象，表面层分子的分布比液 体内部稀疏， 即表面层分子间的距离比液体内部分子间的距离 大。 (2)分子力的特点： 液体内部分子间引力、 斥力基本上相等， 而液体表面层分子之间距离较大，分子力表现为引力。 (3)表面特性： 表面层分子之间的引力使液面产生了表面张 力，使液体表面好像一层绷紧的膜。所以说表面张力是表面层 分子力作用的结果。
[学后自检]┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄(小试身手) 如图 311 所示，先把一个棉线圈拴在铁丝环 上，再把环在肥皂水里浸一下，使环上布满肥 皂的薄膜。如果用热针刺破棉线圈里那部分薄 膜，则棉线圈将成为 A．椭圆形 C．圆形 ( B．长方形 D．任意形状 )
图 311
解析：由于表面张力的作用，当刺破棉线圈里的薄膜时，棉线 圈外的薄膜就会收缩，使棉线圈张紧成圆形。
答案：C
表面张力及其微观解释
[自读教材· 抓基础] 1．表面层 (1)定义：
薄层 。 液体与气体接触的表面存在的一个_____
(2)特点：
稀疏 。 表面层分子的分布比液体内部_____
2．表面张力 (1)定义：
吸引 的力。 液体表面各部分间相互_____
(2)作用效果：
小 由于表面张力的作用，液体表面总要收缩到尽可能 ____
(4)表面张力的方向：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 312 所示。
液体表面张力的微观解释
液体表面张力的微观解释
液体表面张力是指液体表面上的分子之间的相互作用力所产生
的张力。
在液体表面上，分子之间的相互作用力比在内部更强，因此会形成一个类似于薄膜的结构。
这种结构使得液体表面的分子排列更加有序，因此需要更多的能量才能改变液体表面的形状。
液体表面张力的微观解释是基于分子之间的相互作用力。
分子之间的相互作用力包括分子间的吸引力和斥力。
在液体表面上，分子之间的吸引力会导致表面分子向内部移动，而分子之间的斥力则会导致表面分子向外部移动。
这种相互作用力的平衡状态形成了表面张力。
当液体表面有外界影响时，比如加入一根细管或者把一个物体浸入液体中，液体表面的分子会发生调整，以达到新的平衡状态。
这种调整需要消耗一定的能量，因此表面张力也就成为液体对外界影响的一种阻力。
总之，液体表面张力是液体分子之间相互作用力的结果，其微观解释基于分子之间的吸引力和斥力。
了解液体表面张力的原理可以帮助我们更好地理解液体的性质和行为。
- 1 -。
高中物理模块要点回眸第1点液体的表面张力、浸润和不浸润现象及微观成因素材
第17点液体的表面张力、浸润和不浸润现象及微观成因1．液体的表面张力及其成因图1如果在液体表面任意画一条线（如图1），线两侧的液体之间的作用力是引力,它的作用是使液体表面绷紧,所以叫做液体的表面张力．液体和气体相接触的一个薄层叫表面层．表面层中的分子要比液体内部稀疏些，即表面层中分子间的距离比液体内部的大一些，在表面层中的分子间的相互作用表现为引力,使液面各部分之间产生的相互作用力为引力．2．浸润和不浸润现象及其成因一种液体会润湿某种固体并附着在固体的表面上，这种现象叫做浸润现象．一种液体不会润湿某种固体，也就不会附着在这种固体的表面,这种现象叫做不浸润现象．当液体与固体接触时，在接触处形成一个液体薄层，叫做附着层．附着层里的分子既受到固体分子的吸引，又受到液体内部分子的吸引，如果受到的固体分子的吸引比较弱，受到液体内部分子的吸引比较强，附着层里就会有部分分子进入液体内部，附着层里的分子就比液体内部稀疏,在附着层里就出现跟表面张力相似的收缩力,这里跟固体接触的液体表面有缩小的趋势,形成不浸润现象．相反,如果受到的固体分子的吸引比较强，附着层里的分子就比液体内部密，在附着层里就出现液体分子相互排斥的力，这时跟固体接触的液体表面有扩展的趋势，产生浸润现象．对点例题关于液体的表面张力，下列说法正确的是()A．表面张力是液体内部分子间的相互作用力B．液体表面层分子的分布比内部稀疏,分子力表现为引力C．不论是水还是水银，表面张力都会使表面收缩D．表面张力的方向与液面垂直解题指导液体表面层内分子较液体内部稀疏，故分子力表现为引力，表面张力的作用使液面具有收缩的趋势，其方向沿液面的切线方向与分界线垂直．表面张力是液体表面分子间的作用力．故B、C 正确,A、D错误．答案BC关于浸润和不浸润及毛细现象，下列说法中正确的是(）A．水银是浸润液体，水是不浸润液体B．在内径小的容器里,如果液体能浸润容器壁，则液面成凹形，且液体在容器内上升C．如果固体分子对液体分子的引力较弱，就会形成浸润现象D．两端开口，内径不同的几支细玻璃管竖直插入水中，管内水柱高度相同答案B解析液体对固体是否发生浸润现象，是由液体和固体共同决定的，选项A错；如果液体浸润容器壁就会形成凹面，且在容器中上升，选项B对;如果固体分子对液体表面层分子的引力大于液体内部分子的引力，附着层内的分子较密，分子力表现为斥力，会看到液体的浸润现象,选项C错;内径不同的几支细玻璃管，管内水柱的高度不同，管越细，水柱高度越高，毛细现象越明显，选项D错．。
液体表面张力系数的测定
实验原理液体表面层内分子相互作用的结果使得液体表面自然收缩，犹如紧张的弹性薄膜。
由于液面收缩而产生的沿着切线方向的力称为表面张力。
设想在液面上作长为L 的线段，线段两侧液面便有张力f 相互作用，其方向与L 垂直，大小与线段长度L 成正比。
即有：f ＝L （1）比例系数称为液体表面张力系数，其单位为Ｎm -1。
将一表面洁净的长为Ｌ、宽为d 的矩形金属片（或金属丝）竖直浸入水中，然后慢慢提起一张水膜，当金属片将要脱离液面，即拉起的水膜刚好要破裂时，则有F ＝ mg ＋f （2）式中Ｆ为把金属片拉出液面时所用的力；mg 为金属片和带起的水膜的总重量；f 为表面张力。
此时，f 与接触面的周围边界2（L ＋ d ）,代入（2）式中可得本实验用金属圆环代替金属片，则有αα式中d 1、d 2 分别为圆环的内外直径。
实验表明，与液体种类、纯度、温度和液面上方的气体成分有关，液体温度越高，值越小，液体含杂质越多，值越小，只要上述条件保持一定，则是一个常数，所以测量时要记下当时的温度和所用液体的种类及纯度。
实验仪器焦利秤，砝码，烧杯，温度计，镊子，蒸馏水，游标卡尺等。
焦利秤的主要结构如图所示：1 弹簧，2 配重圆柱体，3 小指针，4 游标尺，5 砝码托盘，6 载物平台，7 调节平台高度的小螺钉，8 调节平台高度的微调旋钮，9水平调节螺丝，10 调节游标高度的微调旋钮，11 调节游标高度的小螺钉，12 小镜子， 13 主尺。
ααααα仪器的实物图调平底盘，将仪器依次挂好；调底盘高度和游标高度，使指针位于游标中心“0”刻度测表面张力实验内容1．安装好仪器，挂好弹簧，调节底板的三个水平调节螺丝，使焦利秤立柱竖直。
在主尺顶部挂入吊钩再安装弹簧和配重圆柱体，使小指针被夹在两个配重圆柱中间，配重圆柱体下端通过吊钩钩住砝码托盘。
调整小游标的高度使小游标左侧的基准线大致对准指针，锁紧固定小游标的锁紧螺钉，然后调节微调螺丝使指针与镜子框边的刻线重合，当镜子边框上刻线、指针和指针的像重合时（即称为“三线对齐”），读出游标０线对应刻度的数值Ｌ0。
水的表面张力原理及现象
水的表面张力原理及现象水的表面张力（SurfaceTension）是一种由于分子间力而产生的力，它可以使一滴水像一枚微小、无形的弹簧一样，从而使液体表面变得温和而有弹性，可以抵抗外界作用力的侵蚀，从而有利于水的持续性存在。
水的表面张力原理在液体的表面，分子之间的相互作用力会使表面单元的表面受到拉力，并形成一层“拉伸”的层，称为表面张力。
这种张力能够抵抗外界的作用力，使得液体的表面具有一定的稳定性。
原理分析根据粘性模型，水分子之间的相互作用力会使表面单元的表面受到拉力，而这种拉力是由水分子之间的静电力所产生的。
由于分子之间的静电力，这种拉力会加强水分子之间的相互结合，使水分子形成一层“拉伸”的层，从而形成水的表面张力。
水的表面张力现象水的表面张力的存在，对几乎所有的液体都有明显的影响。
一、液体表面折射现象由于水的表面张力，液体表面会发生折射现象，即把穿过液体表面的光线反射出去。
例如，把一杯水放在阳光下，可以看到一圈虹彩，这便是折射现象的具体表现。
二、液体表面悬浮现象由于水的表面张力，密密麻麻排列的水分子能够把一个小物体悬浮在液体表面上。
例如，用一根长细的铁丝把一片叶子放在油面上，叶子即可悬浮在油面上，这也是由于水的表面张力所产生的悬浮现象。
三、液体表面升力现象由于水的表面张力，研究者发现，当一些体积较小的气泡浮到液面上时，液面会产生一股强大的抗拒力，使气泡往上漂浮，这就是“液体表面升力现象”，也称“表面能”。
总之，水的表面张力是一种由于分子间力而产生的力，它可以使液体表面具有一定的稳定性，使得液体表面可以抵抗外界的侵蚀，从而有利于水的持续性存在。
而这种张力产生的诸多现象，让我们以另一种方式体验到水的神奇之处。
液体的表面张力
小结 表面张力 表面能
f = α ⋅l
E = αS
2α 球形液面附加压强 P S = R 2α 2α cosθ = h= 毛细现象 ρgR ρgr
Homework
• 4-10, 4-11，4-13，4-13，4-15 ， ， ，
• 2.假如两种同温度液体混合时不发生 假如两种同温度液体混合时不发生 化学反应，也不分层， 化学反应，也不分层，且体积不变 为分体积之和）， ），请你猜想混合液 （为分体积之和），请你猜想混合液 体的表面张力系数，并说明理由。 体的表面张力系数，并说明理由。
接触角
在固体与液面之间通过液 体内部的夹角。 体内部的夹角。
θ =0
完全润湿
0 <θ <
润湿
π
π
2
2
<θ <π
θ =π
不润湿
完全不润湿
液面在坚直毛细管中的改变
PA = PC = PD = P0
2α PB = PA − R = PC − ρgh
2α 2α cosθ h= = ρgR ρgr
气体栓塞 液体在细管中流动时, 液体在细管中流动时,由于存在气 泡而导致的流动受阻的现象。 泡而导致的流动受阻的现象。
完整肥皂膜
剌破一边后
肥皂膜使软线绷紧的演示
1.表面张力的大小和方向 表面张力的大小和方向 (Magnitude and direction of surface tension ）
表面张力的方向 (Direction of surface tension） ）
表面张力方向：垂直于分界线并与液体表面相切。 表面张力方向：垂直于分界线并与液体表面相切。
4α Ps = PC − PA = R
表面张力介绍
表面张力一、液体的表面张力产生的原因1.首先，要理解什么是表面层，由液体的性质可知：液体中分子与分子之间的距离比气体分子之间的距离小得多，它的平均距离r0的数量级约为10-10m,当两个分子之间的距离大于r0，而小于10 r0时，也就是说分子间的距离在r0－10 r0之间时，此时，分子之间的作用力表现为引力，若分子间的距离大于10 r0，则引力趋于零，所以，我们可以认为液体分子之间的引力作用范围是一个半径不超过10 r0的球，只有球内的分子才对球心的分子有作用力，这个球的半径就称为分子引力作用半径。
而液面下厚度约等于分子引力作用半径的一层液体称为液体的表面层。
所以，凡是液体跟气体接触的表面，都会形成一个有两个表面的薄层，称为表面层。
2.其次，表面层内分子的分布，从两个角度认识表面张力。
从分子动理论的观点分析：当分子间距小于分子引力作用半径时，它们之间才有相互作用的引力。
如果我们在液体内部任取一分子P ,以P为球心，以分子引力半径R 为半径作一球，这样球外分子对P 无作用力，只有球内分子对P 的作用力。
在液体内部和表面层分别取两个分子A和B，分子A在液体的内部，分子B在液体的表面层中。
如图，液体中两个分子A和B受周围分子引力作用的情形。
对A分子而言：受到的引力必定是球对称的，合力等于零。
对B分子来说：它处于液面下厚度为R的表面层中,分子B的情形就不同了。
B分子受到两种力的作用：液体和液外气体。
但是由于气体的密度与液体相比是很小的，它们对液体分子的引力作用可以忽略。
因而分子B所受的引力作用,不再是球对称的了，合力不再等于零。
由于球体是左右对称，上下不对称的，所以对于B分子所受的其他分子的作用力,在水平方向上的分力相互抵消，合力方向应该为垂直液面向下的。
这样，处于表面层中的液体分子,都受到垂直于液面并指向液体内部的力的作用。
在这些力作用下,表面层内的所有液体分子均受有向下的吸引力，使液体表面的分子有被拉进液体内部的趋势,从而把表面层紧紧拉向液体内部。
表面张力范围
表面张力范围
表面张力是指液体表面分子之间的相互吸引力，它是液体内部分子之间的凝聚力作用于液体表面的结果。
表面张力的大小反映了液体分子间的相互吸引程度。
表面张力的范围通常在0.02-0.05 N/m之间。
这个范围是指一般情况下，液体的表面张力在0.02-0.05 N/m之间，但也有例外。
例如，水的表面张力约为0.07 N/m，而有机溶剂的表面张力则较低，如甲醇约为0.02 N/m，乙醇约为0.03 N/m等。
表面张力的大小受到多种因素的影响，包括液体的性质、温度、压力、浓度等。
例如，离子液体由于其特殊的结构，表面张力通常较低；而温度升高会导致液体分子间的运动加剧，从而降低表面张力。
此外，压力和浓度也会对表面张力产生影响。
表面张力在日常生活和工业生产中都有广泛的应用。
例如，在印刷、纺织、造纸等行业中，需要使用表面张力较低的液体以获得更好的印刷效果或更均匀的涂层；而在金属加工、石油化工等领域中，需要使用表面张力较高的液体以获得更稳定的乳液或悬浮液。
总之，表面张力是液体的一种重要性质，它反映了液体分子间的相互吸引程度。
了解表面张力的范围和影响因素有助于我们更好地理解和应用表面张力。
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4?
PC ? PA ? R
?液泡内压强大于液泡外压强，并与半径成反比。
?同样处在大气压下，液泡半径越小，内外的压强 差越大 ;
补充： ※向带有活塞的三通玻璃管 吹气使两端分别挂上大小不一的肥 皂泡，旋转活塞使两气泡连通，观 察气泡的变化?
? 发现小泡将越来越小，大泡越胀 越大。这就是小泡的附加压强大于 大泡的附加压强的缘故。
?由于球冠很小，忽略其重力。
?受力分析：
P内 ??r 2, P外 ??r 2 , 表面张力F
P外
r
?l
? F//
l
p内
R ?F? ? F
?
?沿边缘线一周， ? F//相互抵消，作 用在球冠边缘线上 的表面张力的合
力为：
F? ? ? ? F? ? ? ? F sin? ? ? sin? ? ? l ? ?l sin?
任何弯曲液面都对液体产生附加压强；
附加压强方向恒指向弯曲液面的曲率中心；
三、球形液面的附加压强---拉普拉斯公式
设有一半径为 R 的球形 液滴，其表 面张力系数为 ?，是凸液面，则液 滴表面层内外的压强:
P内＝P外 ? ps
?在液体表面，取微小球冠形液 体元，球冠的边缘线 l存在表面张 力F，沿球冠表面切线方向。
做的功为:
W ? F? x ? 2?l? x ? ?? S
A A? f? F
B
B?
其中△S = 2l△x , 是AB 向右移动过程中液面面积的增量。外
力克服分子间引力做功，液体表面能增加，若用 △E 表示表
面能增量，则：
? E ? W ? ?? S
? ? ?E ? W
?S ?S
表面张力系数在数值上等于增加单位液体表面积时，外力所 需做的功，或增加单位液体表面积时，所增加的表面能 —— 比表面能；
P0
f A ?S f
B
Ps
P
PB＝P0 ? ps ps为正;
附加压强使得液体内部压强大于外部压强。
2）凹液面时，如图 ? S周界 上表面张力的合力指向外 部，? S好象被拉出，液面 内部压强小于外部压强， 液面下压强：
P0 Ps
f A ?S f
B
P
PB＝P0 ? ps
总之：附加压强使弯曲液面内外压强不等，与液面 曲率中心同侧的压强恒大于另一侧，
二：附加压强的产生
1.平液面
P0
f A ?S
f
B
P
在液体表面上取一小面积 △S ,由于液面水平，表 面张力沿水平方向， △S 平衡时，其边界表面张 力相互抵消 ,△S 内外压强相等：
PB = PA
2. 液面弯曲
1)凸液面 时，如图 ? S周界上 表面张力沿切线方向，合力 指向液面内， ? S好象紧压在 液体上，使液体受一附加压 强 ps ，由力平衡条件，液面 下液体的压强：
(2).液面像紧绷的弹性薄膜。
说明： 液面上存在沿表面的收缩力作用，这种力 只存在于液体表面。
2.表面张力 (1)表面层： 在液体与气体交界面，厚度等于分
子有效作用距离 (?=10-8 m) 的一层液体。 (2)表面张力： 液体的表面层中有一种使液面尽
可能收缩成最小的宏观张力。
(3)表面张力产生的微观本质
补充例4 如图，在内半径 r ＝0.3mm 的细玻璃管中注水，一部 分水在管的下端形成一凸液面，其半径为 3mm ，管中凹液面 的曲率半径与毛细管的内半径相同。求管中所悬水柱的长度 h。
凸液面： 凹液面：
pi ?
p0 ?
2?
R
pi ?
p0 ?
2?
R
四.球形液泡的内、外压强差
如图,由于球形 液泡很薄，有内
外两个表面，内外膜半径近似相 等，设A、B、C 三点压强分别为
PA 、PB 、PC ，则：
CB A R ?O
2?
PB ? PA ? R
2?
PB ? PC ? R
2?
2?
? PA ? R ? PC ? R
热学
讲课顺序： 1、按照竞赛真题题型来讲 抓住重点、突破难点
2 、新增内容
真题研究： 1、题目的构成 2 、包含的概念、规律、方法 3 、重点难点 4 、易错点 5 、拓展点
表面张力现象
为什么水面上的小昆虫能在水面上 行走，而不会沉入水中？
牛奶滴落在盘中的瞬间飞 溅情形，呈现球状，在盘 上方的牛奶呈现近乎完美
l ? 2?r
?受力平衡： P内 ??r 2 ? P外 ??r2 ? F?
2? sin?
? P内 ? P外?? r
sin? ? r
R
P内 ?
P外 ??
2?
R
P内 ?P外 ??2?R——拉普拉斯公式
附加压强：ps
?
2?
R
——球形液面附加压强公式
? 球形液面附加压强与表面张力系数成正比，与球面半径 R成反比。 ? 适用于任何液面：球面、半球面、凹凸面，R是液面处的曲率半径； ? 半径越小，附加压强越大；半径越大，附加压强越小； ? 半径无限大时，附加压强等于零，这正是 水平液面的情况。
的球形？
表面张力的演示实验（1）
圆形金属框上沾有肥皂泡沫，若将膜面上的棉线圈内部的 膜戳破，那么棉线圈将被液体的表面张力拉成圆形；
表面张力的演示实验（2）
橄榄油滴 浮在 同密度 的水和酒精 的混合液体中，由于表面张力的 作用，油滴形成完美的球形。
一、表面张力
1.现象： (1).液体表面有收缩到最小的趋势；
? 体积一定, 球体的表面积最小 ;
(4). 表面张力系数（定义一）
设想在液面上画一条直线 F
段，线段两侧液面均有收缩的
趋势，即有 表面张力作用，该
力与液面相切 ,与线段垂直， 指
向各自的一方 ,分别用 F 和F′表
F?
示，这恰为一对作用力与反作
用力， F = -F′。
由于线段上各点均有表面张力作用 ,线段越长 ,则
①分子力观点：
表面张力是由于液体表面层内分子间相互 作用与液体内部分子间相互作用不同。
②从能量观点来分析
? 把分子从液体内部移到表面层，需克服 f⊥ 作功;外 力作功,分子势能增加 ,即表面层内分子的势能比液体 内部分子的势能大，表面层为高势能区 ;
? 任何系统的势能越小越稳定，所以表面层内的分子有尽 量挤入液体内部的趋势，即液面有收缩的趋势，使液面 呈紧张状态，宏观上就表现为液体的表面张力。
合力越大。设线段长为 ? l ,则：? F =? ? l 。
? 为表面张力系数 ，表示液体表面单位长度直线段
上的表面张力，单位： N / m 。
(5). 表面张力系数与表面能增量（定义二）
如图所示，铁丝框上挂有液膜，表面
张力系数为? ，将AB 边无摩擦、匀速、 等温地右移△x，在AB 边上加的力为： F =2? l ，则在这个过程中外力F 所