第二章-液体的表面现象教学提纲
4液体表面现象
润 湿
毛细 现象 气体 栓塞
小 结 作 业
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结 束 音 乐
引 力
r0
r
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音乐 结束
3
液体表 面现象 为什么迁
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移
表面 张力 附加 压强
f
润 湿
毛细 现象 气体 栓塞
F
F
液面边 缘处的 分子移 动，液 面收缩
ΔS
结 束 音 乐
F·X Δ = 2L ·X Δ
=
2 αL· X Δ 2L ·X Δ
=α
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液体表 面现象
表面 张力 附加 压强
由上式可知：表面张力系数（比表面能）在数 值上又等于增加单位液面积外力所做的功。 所以α的单位除了有 N/m，还有 J/m2。 F W α= （W= α·ΔS） α= L ΔS 为什么不宜用水吹起气泡？
2
------- ②
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液体表 面现象
表面 张力 附加 压强
润 湿
毛细 现象 气体 栓塞
③外力对液膜的拉力（此力等于 体积元自身的表面张力）： F = αL = α·2πr 此力在垂直方向的分力为： F ’= α·2πr sin θ --------- ③ 水平分力不考虑，（为什么？）
水银
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液体表 面现象
表面 张力 附加 压强
2 、附加压强的推导
《液体的表面张力》 讲义
《液体的表面张力》讲义在我们日常生活中，液体无处不在，从我们喝的水到厨房中的食用油，从清晨的露珠到流淌的江河湖海。
然而，你是否曾经留意过液体表面那些看似微小却又十分有趣的现象？比如，水珠总是尽量保持球形，小昆虫能在水面上行走而不会沉没。
这些现象的背后，都隐藏着一个重要的物理概念——液体的表面张力。
一、什么是液体的表面张力要理解液体的表面张力，我们首先得知道液体分子的结构和运动方式。
在液体内部，分子受到来自各个方向的其他分子的吸引力，这些吸引力相互抵消，使得分子能够在一定范围内自由移动。
但在液体表面，情况就有所不同了。
表面的分子只受到来自液体内部的吸引力，而外部没有分子对它们产生吸引力，从而导致表面分子受到一个向内的合力，就好像有一层紧绷的“薄膜”把液体表面拉紧了一样。
这种使液体表面尽量缩小的力，就是液体的表面张力。
它使得液体表面在没有外力作用时，总是趋向于最小的表面积，也就是球形。
因为在相同体积的情况下，球形的表面积是最小的。
举个简单的例子，当我们把一滴水放在光滑的平面上时，它会自动形成一个近似球形的水珠，而不是随意摊开成一片。
这就是表面张力在起作用。
二、影响液体表面张力的因素1、液体的种类不同的液体，其表面张力大小是不同的。
一般来说，极性分子组成的液体，比如水，表面张力较大；而非极性分子组成的液体，比如一些有机溶剂，表面张力相对较小。
2、温度温度对液体的表面张力有显著影响。
通常情况下，随着温度的升高，液体分子的热运动加剧，分子间的距离增大，相互作用力减弱，导致表面张力减小。
比如，我们在烧开水时可以看到，水的表面张力随着温度的升高而逐渐变小，水的沸腾就是表面张力无法维持水面平静的一种表现。
3、杂质液体中如果含有杂质，也会影响表面张力。
杂质可能会改变液体分子的排列和相互作用，从而改变表面张力的大小。
例如，在水中加入一些表面活性剂，如洗衣粉或洗洁精，会大大降低水的表面张力，这就是为什么这些物质能够帮助我们去除油污的原因之一。
液体表面现象
润湿
不润湿
对于润湿管壁的液体
凹液面
P外 P0
P外
P内
2
R
P内 PA
P0
P0
R r cos
P0
PA
2
cos
r
PA
P0
2 cos
r
P0
· T R · r
A
P0
A
·C ·B
h
PB
PA
gh
(P0
2
cos
r
)
gh
PB PC P0
(P0
2
cos
r
)
gh
P0
h 2 cos rg
表面张力系数
3、液体的表面能 surface energy
表面层内的分子比液体内部的分子具有更多的势能。 表面积越大，势能越大。系统的能量有减小到最小的 趋势，所以只要有可能，表面积将减到最小。
• 如果要增加液体的表面积，就得作功把 液体内部分子移到表面层，从而增加了 液面的势能。
•表面能surface energy ：液体表面的势能
P内
P外
2
R
液体内、外
P 2 附加压强
R 拉普拉斯公式
P内
R T⊥ T
F内 P外
·
T⊥ P内
F外
P内
P外
2
R
P 2
R
3、说 明：
•凸液面： P内>P外，△P > 0
P内
P外
2
R
P 2
R
P外
P
P内
•凹液面： P内<P外
P内
P外
02-液体的表面现象解析
2
M1g 1Vg N1d1 N1d1
M 2g 2 Vg N 2d 2 N 2d 2
两者相除得：
2 2Vg N 2d 2 1 1Vg N1d1
由于
1 2
2 1
d1 d 2
N1 N2
所以
得
2
N1 1 N2
水和油边界的表面张力系数 18103 N / m
其中Ps是由表面张力引起的附加压强，这表明 弯曲液面都对液体施加附加压强，其附加压强 总是指向弯曲液面的曲率中心．
１拉普拉斯公式
如图所示：一半径为Ｒ，表面张 力系数为 的球形液滴，由于是 凸液面，所以附加压强
ps pi p0
Pi和p0分别是液滴表面层内外的压强，ps为附加压强 该液面在外力作用下表面积增加ds，外力做功为
不同的液体对不同固体润湿与不润湿的程度不 同，为表明液体对固体的润湿程度，引入接触 角这个物理量． 定义：在液体与固体接触处，作液体表面和固 体表面的切线，这两条线间通过液体内部的夹 角，称为接触角
a c b d
应用：农业上制备农药时，要注意使农药润湿农作物
二
毛细现象
１毛细现象；将几根内径不同的细玻璃管插 入水中，可以看到细管中的水面会上升；相 反，如果将细玻璃管插入水银中，管内水银 面会降低，这种液体在细管中上升或下降的 现象，称为毛细现象
三
表面张力系数
１．表面张力系数两种 不同的定义： （１） 定义一；均匀液面的张力处处相等， 直线ＡＢ上任一处力的分布均相同．作用在分 界线两侧的表面张力，其大小与分界线长度Ｌ 成正比，即：
f L
或
f L
式中
＿表面张力系数，它表示作用于液体表 面单位长度线段上的表面张力．(N/m)
2.4液体的表面张力(教学设计)高二物理
（4）掌握表面张力的大小与液体的性质：不同液体表面张力不同，与液体的种类、温度、气压等因素有关。
（5）了解表面张力的应用：生活中的实例，如水黾可以站在水面上、液体滴形状等。
2.教学难点：
（1）分子间相互作用力与表面张力的关系：学生难以理解分子间引力和表面张力之间的关系。
（4）相关书籍：《分子动理论》、《表面现象的本质》等，为学生提供更深入的理论学习资源。
2.拓展要求：
（1）鼓励学生结合自己的生活经验，举例说明液体表面张力的现象，并探讨其背后的原理。
（2）组织学生进行液体表面张力实验设计比赛，鼓励他们运用所学知识解决实际问题。
（3）引导学生进行液体表面张力现象的观察和研究，培养他们的科学探究能力和创新思维。
（2）表面张力大小的影响因素：学生难以理解表面张力与液体种类、温度、气压等之间的关系。
（3）表面张力的实际应用：学生难以将理论知识与生活实际相结合。
针对以上难点，教师在教学过程中应采取以下措施：
（1）利用图片、视频等直观教具，生动形象地展示液体表面张力的现象，帮助学生建立起对表面张力的直观认识。
（2）通过分子模型、动画等方式，引导学生理解分子间相互作用力与表面张力之间的关系。
（3）实验环节：组织学生进行液体表面张力实验，让学生亲身体验并探究表面张力大小的影响因素，加深对知识的理解。
（4）案例分析：分析生活中常见的表面张力现象，引导学生将理论知识与实际生活相结合，提高学生的实践能力。
（5）小组讨论：针对液体表面张力相关问题，组织学生进行小组讨论，分享自己的理解和看法，培养学生的团队协作能力。
课后拓展
1.拓展内容：
固体和液体液体的表面现象教案
固体和液体·液体的表面现象一、教学目标1．在物理知识方面的要求：（1）知道液体表面有收缩的趋势；了解液体表面张力的意义和方向；了解表面张力系数。
（2）知道液体对固体有浸润和不浸润的特点。
（3）了解毛细现象及其生活和生产中的应用。
2．学习这部分知识时注意培养学生对自然现象的观察能力。
要通过对这部分知识的学习和这部分知识在生活、生产中的应用，来培养和激发学生对物理的兴趣。
二、重点、难点分析1．通过演示实验，让学生看到液体表面有收缩趋势，液体对固体有浸润和不浸润，细管中液面上升和下降等现象。
2．液体表面收缩现象、浸润与不浸润现象和毛细现象的分子动理论解释是这节课的难点。
表面张力的含义也是让学生不易接受的概念，只能作初级的介绍。
三、教具1．油滴在水和酒精混合液里呈球形：长方形玻璃缸、酒精和水适当的比例兑成混合液、车用机油，滴入水中呈圆球形悬浮其中。
2．带有绵线的铁丝环、有木把的钢针、烧杯、肥皂液、酒精灯。
3．演示浸润和不浸润：水银、水、玻璃板、锌片、烧杯、实物投影幻灯。
4．演示毛细现象：一组毛细管（内径大小不同）、两臂直径不等的U形玻璃管（两臂的直径比例差别大些）、水、水槽、水银、水银槽、支架、实物投影幻灯。
四、主要教学过程（一）引入新课液体与固体、液体相比较，它在宏观上突出的特性是没有一定形状，具有流动性。
但它具有一定的体积，而且不易压缩，这方面特点比较接近固体。
从微观上看，液体内部分子也是密集在一起的，分子间距较小，分子间相互作用力较大。
液体分子运动主要表现为在平衡位置附近做微小振动，在很小区域内，液体分子是有规则排列的。
但是液体分子区别于固体分子，液体分子没有长期固定的平衡位置，不断移动，造成液体具有流动性。
液体有很多区别于固体和气体的性质，今天只研究液体与气体接触的表面层的性质和液体与固体的接触层的一些性质。
（二）新课教学过程1．液体的表面现象（1）演示实验：长方形玻璃缸内，润滑机油在水和酒精混合液内，呈圆球形悬浮。
大学物理第二章液体表面现象上课讲义
(6)影响表面张力系数的因素
与液体的性质有关：不同液体，α值不同；密度小、 易挥发的液体α值较小。如酒精的α值很小，金属 熔 化后的α值很大。( P26 表2-1 )
与温度有关：温度升高，α值减小，两者近似呈线性关系。 ( P26 表2-2 )
水在不同温度下的表面张力系数
温度 (℃) -8 -5 0 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80 100
润湿、不润湿是由于分子力不对称而引起。
附着层：在固体与液体接触处，厚度等于液体 或固体分子有效作用半径（以大者为准）的一 层液体。
内聚力：附着层内分子所受液体
分子引力之和。
f附
附着力：附着层内分子所受固体
A f 内
分子引力之和。
(1)当 f附 > f内,A 分子所受合力 f 垂直
于附着层指向固体，液体内部分子势
pA
p0
+
2
R
pB
p0
2
r
2 2
pA pB R + r
pA
pB
2+2
Rr
pApB gh
2 + 2 gh
Rr
h2(1+1)5.5102(m) g R r
第三节 润湿和不润湿 毛细现象
一、润湿与不润湿 1. 定义 润湿: 液体沿固体表面 延展的现象，称液体润 湿固体。
不润湿：液体在固体表 面上收缩的现象，称液 体不润湿固体。
将极细的管插入液体中，若润湿，则液体将在毛 细管中上升；若不润湿，则液体将在毛细管中下降。 管越细，上升或下降的高度越大。这就是毛细现象。
润 湿
不 润 湿
毛细现象由表面张力系数α和接触角θ决定，能
《第二章 5 液体》教学设计教学反思-2023-2024学年高中物理人教版2019选择性必修第三册
《液体》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 理解液体的基本性质和相关物理观点。
2. 掌握液体流动的规律和现象。
3. 能够运用所学知识诠释和解决液体相关的简单问题。
二、教学重难点1. 教学重点：学习液体的表面张力、粘滞力等特性。
2. 教学难点：理解并应用流体力学原理分析液体流动现象。
三、教学准备1. 准备教学视频，包括液体流动的现象和实验。
2. 准备相关实物，如液体、滴管、滴瓶等。
3. 准备教学PPT，设计相关问题供教室讨论。
4. 准备好黑板和粉笔，用于教室演示和书写。
四、教学过程：（一）导入新课1. 回顾液体的一些基本性质，如表面张力、浸润与不浸润等。
2. 引出液体内部压强的观点，说明它是由于液体受到重力作用而产生的。
3. 展示一些液体的实际应用，如液压机、液压千斤顶等，激发学生兴趣。
（二）新课教学1. 实验演示液体表面张力现象，如水黾为什么不会被水浸湿等。
2. 讲解液体内部压强的计算方法，如液柱法。
3. 讨论不同液体的压强特性，如水与油的界面现象等。
4. 通过实际应用案例，如液压开掘机的工作原理，让学生更好地理解液体在工程中的应用。
5. 教室练习，针对液体压强计算方法的练习题，以稳固所学知识。
（三）小组讨论1. 组织学生分成小组，针对液体的一些问题进行讨论，如液体为什么具有表面张力？液压开掘机的工作原理是什么？等等。
2. 鼓励学生提出自己的疑问和想法，与其他同砚共同探讨，寻求答案。
（四）教室小结1. 总结液体的一些基本性质和特点。
2. 强调液体在工程中的应用及其重要性。
3. 鼓励学生继续关注和学习液体相关知识，培养他们的科学素养和实践能力。
（五）安置作业1. 完成教材上的相关练习题。
2. 搜集一些液体相关的实际应用案例，并在教室上与同砚分享。
教学设计方案（第二课时）一、教学目标1. 理解液体表面张力的观点和现象。
2. 掌握液体内部压强的计算方法。
3. 能够运用液体压强和表面张力原理解决实际问题。
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例2.5 如图所示，盛有水的U形管中，细管的内径rA=5*10-5m， 粗管的内径rB=2*10-4m。设水能完全润湿玻璃管壁，且已知水的 表面张力系数α=73*10-3N/m。试求左右两管水面的高度差h。
解: pBp02rcB osp02r B pAp02rcA osp02r A
pB pA gh
p0
2
r
pApB2R 2rgh
h2g(R 11r)5.4(cm)
解2： F1 2r
F2 2r
sin r R
F 1 F 2s ing vg (r2 h )
h2g(R 11r)5.4(cm)
第三节 毛细现象
接触角
接触角 润湿、不润湿 内聚力、附着力
毛细现象
朱伦公式
h 2 cos gr
G Mg N
Mg Nd
影响表面张力系数的因素
与液体性质有关 与液体温度有关 与相邻物质化学性质有关 与液体中的杂质有关
与液体性质有关
密度小、易挥发的液体（如乙醚、酒精） 表面张力系数较小
密度大、不易挥发的液体（如熔融的金 属）表面张力系数较大
与液体温度有关
对确定的液体，表面张力系数 随温度升高而减小
4 PS R
讨论题：实际上液体中的水泡 是什么形状？
例2.4 如图所示，在内半径r=0.3mm的玻璃管中注水，一部分水在管的下 端形成一凸液面，其半径R=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。设水的表面张力系数α=73*10-3N/m。
解1：
pA
p0Leabharlann 2RpB(t)0 t
与相邻物质化学性质有关
表面张力系数是界面两边 媒质共同决定的
与液体中的杂质有关
表面活性物质 非表面活性物质
第二节 弯曲液面的附加压强
附加压强的产生
推导弯曲液面附加压强
半径为r的小液滴，其表面张力系 数为α
虚功原理
半径为R的小气泡
P S P C P A ( P C P B ) ( P B P A )
第二章-液体的表面现象
第一节 液体的表面张力
现实生活中存在表面张力的例子 表面张力的本质 表面张力的大小（α） 表面张力系数的测定 影响表面张力系数的因素
水黾
水龙头上悬挂的水滴
表面张力
与表面上所取线段的长 度成正比；
与表面层相切，与所取 线段垂直；
是一对作用力与反作用 力。
h2g(r1Ar1B)22.3(cm)
气体栓塞现象
土壤中的毛细管水
重力水 附着水 毛细水
此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢
表面张力的本质
分子之间力的组成（万有引力、 库仑力、磁力、强相互作用力、 弱相互作用力）
C1、C2为正数；m：9-15，n：4-7 r0(1A)：平衡距离；R（10A）：
有效作用距离
表面张力的产生
表面张力的大小（α）
f L
表面张力是肺泡收缩、排出气体的主要动力
表面张力系数的测定
f d