水黾为什么可以在水面上浮起来
《水面的秘密》 讲义
《水面的秘密》讲义当我们漫步在湖边、河畔，或是凝视着一杯水的时候，那平静的水面似乎只是简单地反射着周围的世界。
然而，水面之下隐藏着许多令人着迷的秘密。
首先，让我们来思考一下水面的物理特性。
水是一种神奇的物质，其分子结构决定了它独特的表面张力。
这种表面张力使得小昆虫能够在水面上行走而不沉没。
想象一下，一只水黾轻巧地在水面上滑行，仿佛在表演一场精妙的舞蹈。
这是因为水的表面张力为它提供了足够的支撑力。
水面也是光线的奇妙舞台。
当光线照射到水面时，会发生折射和反射现象。
这就是为什么当我们从不同的角度观察水面时，看到的水下物体的位置和形状会有所不同。
当阳光洒在水面上，波光粼粼的景象让人心醉神迷。
但这美丽的背后，是光线与水面相互作用的复杂过程。
谈到水面，就不能不提到浮力。
浮力定律告诉我们，物体在液体中受到的浮力等于它排开液体的重量。
这一原理在我们的日常生活和众多工程领域都有着广泛的应用。
从船只在水面上的航行，到潜水艇在水下的升降，都是对浮力原理的巧妙运用。
水面还与气候变化息息相关。
全球气候的变化会影响水面的蒸发速度和降雨量。
例如，在气温升高的情况下，水面的蒸发量增加，可能导致干旱地区更加缺水。
而在一些暴雨频繁的地区，大量的雨水汇聚在水面，又可能引发洪水等灾害。
在生态系统中，水面也扮演着重要的角色。
它是许多生物的栖息地和生命之源。
河流、湖泊和海洋中的水面为鱼类、水鸟、水草等生物提供了生存空间。
水面的温度、酸碱度和营养物质含量等因素，都会影响水中生物的种类和数量。
水面的流动也蕴含着奥秘。
水流的速度、方向和力量都对周围的环境产生着影响。
河流的奔腾不息塑造了两岸的地形地貌，海洋中的洋流则影响着全球的气候和生态平衡。
此外，水面还具有一定的自净能力。
但这种自净能力是有限的，如果我们过度污染水面，超过了它的承受限度，就会导致水质恶化，给生态环境带来巨大的破坏。
当我们深入探究水面的秘密时，会发现它与物理学、化学、生物学、地质学以及气象学等多个学科都有着紧密的联系。
水黾腿的SEM照片
圖5
（二）水黽結構
• 水黽背面圖:
圖6
•水黽腹面圖:
圖7
（三）水黽在水面漂浮不下沉的原因
會不會是它們的腿分泌油脂？ 會不會是因為表面張力？ 為何水黽能在水面漂浮而不下沉？
微奈米结構
•會不會是它們的腿分泌油脂？
研究人員在人工的水黽腿 上面塗了一層蠟這條腿能夠 讓水黽在水面上靜止一會兒， 但卻不能經得起水的波動。
水黽在水中行走的動力來源
•並不像一些研究者所認為的那樣，是依靠 在水表產生的波紋的表面張力。水黽是利用 其三對多毛的長足，在水中制造出螺旋狀的 旋渦，借助旋渦的推動力，從而以每秒60英 寸以上的速度向前行走。
• 對於二極旋渦來說︰ 速度V = 4 cm/s，半徑R = 4毫米 ，質量M=2πR3/3， MV >1 g cm/s， • 對於水黽來說： v=100cm/s, m=0.01g, mv =1 g cm/s
圖24 可在水上行走的微型機器人
圖25
圖26
水黽可望在不遠的將來設計出新型微型水上 交通工具，如無舷船舶。除此而外，透過專 業的研討,應用水黽的超疏水性,期待創造出 新型防水紡織品的生產，甚至於發展至人類 能在水上行走的產品都成為可能
參考文獻 • (Fig. 1) 引用自 /~kunkel/wanted/mugs/92296-rap.html • (Fig.2) 引用自 .tw/wuwei/new_page_138.htm • (Fig.3) 引用自 /forum/read.php?fid=119&tid=134038&toread=1 • (Fig.4) 引用自 .tw/New23/9402/48.htm • (Fig.5) 引用自 /judy/judy/science/29-2.htm • (Fig.6) 引用自 /judy/judy/science/29-2.htm • (Fig.7) 引用自 The hydrodynamics of water strider locomotion(Nature雜誌)
水黾研究(一)
水黾研究（一）作者：杨沐华来源：《中国科技教育》2013年第02期我不是要跳水，而是发现了一种昆虫，它能踩在水面上划来划去，真是有趣！爷爷告诉我，这种昆虫叫水黾。
它之所以能踩在水面上，是由于水面表面张力的作用。
它只能在清水中生活，在污水中就会死掉。
我很想捉几只水黾，回去做个实验，看看水黾是否真的不能在污水中生存。
我在爷爷的鼓励下，到图书馆查找了有关水黾的资料，设计了我的实验。
我告诉好朋友恬恬，她也想一起去捕捉水黾。
水黾反应很快，想捉到它，真不是一件容易的事。
我们又去了好几次，荷叶都黄了，才捉到足够多的水黾。
终于可以开始做实验了。
用自来水作对照组（对比实验必须有正常情况下的一组），观察水黾分别在白醋水、蔗糖水、食盐水、洗衣粉水中的生存情况。
我发现，在自来水中的水黾能够踩在水面上正常生存，而放到白醋水中的水黾，足上的神奇功能消失了，一只只沉到了水面下面，很快就不动了。
蔗糖水、食盐水、洗衣粉水中，水黾也出现了和白醋水中一样的情况。
在水中混入芝麻油，放入水黾后，水黾的足很快就被芝麻油给粘住，趴在水面上一动不动了。
把蔗糖水、洗衣粉水、白醋水、食盐水、香油水混合在一起模拟生活污水，继续做实验。
啊？水黾刚放人生活污水中，当即沉没死亡，太可怜了！我的实验结果显示，水黾在污水中果然不能生存。
在污水中，水黾不能踩在水面上，可能的原因是水中的污染物破坏了水表面对它的足的表面张力，所以丧失了生存能力。
如果我们把生活污水排入河中或者池塘中，那里就不再会有这种可爱而神奇的小动物——水黾了！千万不要乱排污水。
保护水黾的生存环境，也是保护我们自己的生存环境。
实验记录专家点评《水黾研究（一）：发现污水影响水黾生存》这部青少年科学DV活动作品，用镜头记录7杨沐华同学发现问题、提出假设、设计实验、采集样本、进行对比实验和最后得出结论的科学探究过程，把这篇科学小论文“写”在7屏幕上。
这部作品中，有三类镜头最能打动观众。
一是美丽打动观众。
液体的表面张力
恭喜获胜组
• 冠军组： 冠军组： • 亚军组： 亚军组： • 季军组： 季军组：
Congratulation !
制作吹泡泡水
•水 洗洁精 甘油 水 •3 ： 1 ： 1
溶液的表面张力不仅与温度、压力有关， 溶液的表面张力不仅与温度、压力有关， 并且还与溶液的种类和浓度有关。 并且还与溶液的种类和浓度有关。
液体 表面张力
Miss Guo ： susie2002910@
水黾的高明之处： 水黾的高明之处：
1、既不会划破水面，也不会浸 既不会划破水面， 湿自己的腿。 湿自己的腿。 它在水面上每秒钟可滑行100 2、它在水面上每秒钟可滑行100 倍于身体长度的距离， 倍于身体长度的距离，这相当于 一位身高1.8米的人以每小时400 1.8米的人以每小时 一位身高1.8米的人以每小时400 英里的速度游泳。 英里的速度游泳。
温度越高， 温度越高，表面张力越小
• 在我们的生活中，有许多 在我们的生活中， 地方都体现出液体的表面 张力。 张力。你能举出哪些例子 呢？
忘情水多少钱？ 忘情水多少钱？
1. 在一杯装满水的杯子内能再投 入几枚1元的硬币 元的硬币， 入几枚 元的硬币，前提是保证 水不会溢出来。 水不会溢出来。 2. 在一杯装满水的杯子内能漂浮 几枚1角的硬币 角的硬币? 几枚 角的硬币 每组选两人 上来比赛！ 上来比赛！ 加油！！ 加油！！
研究准备阶段—— 研究准备阶段——
研究材料： 研究材料：杯子 回形针 水、肥皂水 纸巾
研究开始： 研究开始：
一切皆有可能！ 一切皆有可能！
实验研究时间
• 发扬小组合作精神 • 记录员认真记录研究细节 • 八仙过海、各显神通 八仙过海、 答案是丰富多彩的
《17 水面的秘密》知识清单
《17 水面的秘密》知识清单一、水的表面张力现象1、什么是表面张力水的表面好像有一层薄薄的“皮肤”，这就是水的表面张力。
比如说，我们可以看到小昆虫能在水面上行走，就像它们有超能力一样，其实是水的表面张力在起作用。
就像有一次我在小池塘边看到一只水黾，它的腿又细又长，在水面上跑来跑去，它的脚并没有陷到水里去，这就是因为水的表面张力能够支撑住它的身体。
表面张力让水的表面尽可能缩小。
如果我们把一些回形针轻轻放在水面上，会发现回形针可以漂浮在水面上，而不是像我们想象的那样立刻沉下去。
这是因为水的表面张力就像一个无形的“网”，托住了回形针。
2、表面张力的表现水滴的形状。
我们平常看到的水滴是近似球形的，这就是表面张力的表现。
因为在相同体积的情况下，球形的表面积是最小的，水的表面张力会使水滴的表面积尽量小，所以就形成了近似球形的形状。
就像我们吹泡泡的时候，泡泡也是球形的，这也是表面张力的作用。
水在容器边缘的形状。
当我们把水装在一个容器里的时候，会发现水在容器边缘的水面是向上弯曲的，这也是表面张力在作怪。
它使得水的表面不会平平地贴着容器边缘，而是有一点向上凸起。
二、影响表面张力的因素1、温度的影响温度对水的表面张力是有影响的。
一般来说，温度升高的时候，水的表面张力会减小。
就像我们烧开水的时候，当水开始变热，水的表面张力就慢慢变小了。
如果我们在热水和冷水中做同样的小实验，比如在热水和冷水中分别放入同样的小纸片，会发现小纸片在热水中的漂浮状态可能和在冷水中不太一样，在冷水中可能漂浮得更稳一些，这就是因为热水的表面张力相对较小。
2、杂质的影响如果往水里加一些杂质，也会改变水的表面张力。
比如说，如果我们往水里加一点肥皂液，就会发现水的表面张力明显变小了。
我们可以做一个小实验，在一个干净的水盆里，水的表面可以让小针漂浮，但是当我们往水里滴入一些肥皂液后，小针就会很快沉下去，这是因为肥皂液破坏了水原本的表面张力。
三、表面张力在生活中的应用1、清洁用品的原理很多清洁用品就是利用了水的表面张力的原理。
水黾浮在水面原理
水黾浮在水面原理嘿，朋友们！你们有没有见过水黾在水面上自由自在地滑行呀？那可真是神奇极了！水黾为啥能这么厉害呢，就像个水上小精灵一样。
水黾的腿呀，那可真是一绝！又细又长的，就像两根超级小魔杖。
你说这腿咋就这么神奇呢？嘿嘿，这就好像是给它专门定制的水上交通工具。
它的腿上长满了细细的绒毛，这些绒毛可不得了，能让水黾稳稳地站在水面上，就好像是有无数个小吸盘一样。
这像不像我们走路得有双好鞋呀？水黾的腿就是它的“水上好鞋”。
而且哦，水黾的身体也很轻，轻得就像一片羽毛。
这轻身体加上那厉害的腿，可不就成就了它在水面上的神奇本领嘛。
你们想想看，要是我们人也有这样的本事，那该多好玩呀！我们可以在池塘上走来走去，不用坐船，直接就从水面上过去了，那多有意思。
水黾在水面上行动起来那叫一个敏捷，嗖的一下就过去了，快得让人反应不过来。
这是因为它掌握了水面的秘密呀。
我们平时看到水，觉得平平无奇，可在水黾眼里，那就是它的舞台。
它能利用水的表面张力，在上面轻松地玩耍。
这就好比我们找到了一个只有自己知道的秘密乐园，在里面尽情地嬉戏。
你说这大自然是不是特别神奇？就这么一个小小的水黾，都有这么大的本事。
我们人类虽然很聪明，但是在有些方面还真得向这些小生物学习学习呢。
水黾能浮在水面上，这给我们带来了很多启示呢。
它告诉我们，即使看起来很普通的东西，只要我们仔细去研究，去发现，都可能有让我们惊叹的地方。
我们可不能小瞧了身边的一切呀，说不定哪个小细节就能给我们带来大启发。
所以呀，以后看到水黾在水面上欢快地滑行，可别只是觉得好玩，要多想想它背后的原理，想想我们能从中学到什么。
说不定哪天，我们也能从这些小生物身上找到解决大问题的办法呢！水黾浮在水面的原理虽然看似简单，却蕴含着无尽的奥秘和智慧，是不是很值得我们好好琢磨琢磨呢？原创不易，请尊重原创，谢谢!。
水的张力科学实验原理
水的张力科学实验原理
水的张力是水分子之间的相互作用力，在科学实验中可以通过以下原理进行研究：
1. 表面张力实验原理：水分子相互吸引形成一个紧密的表面，使得液体表面有一定的弹性。
表面张力实验可以通过给一个细管的一端倒入水，并将另一端浸入水中，观察水在细管内的升降高度来测量表面张力的力量。
2. 链球实验原理：将一根细线或细丝放入水中，水分子的吸引力会让水分子在细线或细丝表面聚集，形成球状。
然后，将球状的水分子挂在细线上，观察水球的形态和稳定性，可以探究水的张力特性。
3. 水黾步行实验原理：将一个小水黾放在水面上，水分子的吸引力会使得水黾能够在水面上行走，表面张力可以帮助水黾克服体重的重力，并保持平衡。
4. 水滴实验原理：将水滴滴入玻璃片上，观察水滴在玻璃表面的行为。
水分子的相互吸引力会使得水滴呈现出圆形，并且在滴入玻璃表面后能够维持一定的高度和形状。
这可以归因于表面张力带来的平衡效应。
这些实验原理可以帮助我们理解水的张力特性，并在实验中测量和观察水的表面张力。
这种昆虫在水面上生活，行走自如入水也不湿，为何还叫卖香油的
这种昆虫在水面上生活，行走自如入水也不湿，为何还叫卖香油的如果你在河流湖泊等自然水域边观察水面，几乎一定能看到一种小昆虫，看起来有点儿像蚊子，但是要比蚊子大得多，如下图：这种小昆虫能在水面上行走自如，也能一动不动的停在水面上，还可以跳跃和飞奔，堪称昆虫界的“铁掌水上漂”，无论怎样动作，它都能在水面上卓然而立，身体不会沾湿，有时候它也会潜入水下，但从水中钻出来之后，身体一样不会沾水，甚是奇特。
那么这种奇特的昆虫叫什么名字呢？说起来可多了去了，因为全国各地对这种昆虫各有不同的叫法，比如水拖车、水蜘蛛、水马、水蚂蚱、水滑子、担张钩子、钩担挂子、香油罐子、卖香油的等等，全部统计的话，名字或有上百个。
这种小昆虫的学名其实叫水黾，属于半翅目黾蝽科，多为灰色或黑褐色，体长8~20毫米，头部为三角形，两条前腿较短，但后面4条腿很细长，特别是中间一对，很长很有力，是其在水面滑行的主要推动力量之源，其躯干瘦长，体型有点像一只特大号蚊子，但实际上它和蚊子没什么关系，而且恰恰相反，它是以蚊子为食的，是蚊子的主要天敌，消灭蚊子的本领不下于蜻蜓，所以这种虫子是益虫。
那么水黾为何能在水面上行走自如和肆意跳跃，却连脚和身体都不会浸湿呢？这就得说一说水的物理特性和水黾的脚与身体的特殊构造了。
我们都知道水面有一种张力，我们用一个较干燥的东西压向水面的时候，水通常不会马上把这个东西浸湿，而是会把水面向下压到凹下去一些，这是因为水分子在与空气相接的地方排列很整齐，如同形成了一层膜一样，这样可以防止内部的水分子轻易地跑到空气中，这层水膜的连接十分紧密，如果一个十分干燥的东西（湿的东西与水接触时相互间的水分子会马上联合）压在上面，就会使得这层水膜在一定范围内整体下沉，那么这层水膜同时也会给上面的物体一个向上的张力，对于十分轻巧的物体来说，只要张力足够大，就可以把它们撑在水面上。
接下来我们说一说水黾的身体为什么不会浸湿，如果单用肉眼观察，我们无法发现其中的奥妙，但在高倍显微镜下，就能发现水黾全身大部分地方都布满了疏水性的刚毛，特别是腹部，覆有一层极为细密的银白色刚毛，外观为银白色丝绒状，具有很强的拒水作用，而且刚毛里面还能困住一些空气，即使外面有一点点湿，里面也不会湿的，这就好像鸭子、鹅等水禽的油性羽毛一样，其中也能存住一些空气，在水中游动也不会湿。
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水黾为什么可以在水面上浮起来？
大家在钓鱼的时候有没有发现水面上漂浮着一个小小的、恶心的小虫，它能像溜冰一样在水面上行走自如，你是否对此百思不得其解，或你也想像它一样在水面上溜冰？经过我几天的观察，这种小虫叫水黾，是水黾科的一种昆虫。
不过它为什么可以在水面上行走自如呢?我们人类民间也有在水面上行走自如的传说，如“凌波微步”和“轻功水上漂”。
可那毕竟是传说，“水上溜冰员”水黾在水面上溜冰其中一定包含了奇妙的科学道理。
这几天我跑到池塘边抓了几只水黾仔细的观察了它们，我发现，水黾并不像人们看到的只有两对足，前面还有一对足，足上有一对小爪，应该是捕猎用的，所有的足上都布满了大大小小的毛，毛又粗又短。
不过，恰恰是这些毛，让水黾得以借助于水的表面张力而浮在了水面上。
这是因为由于水的表面有一层带有弹性的薄薄的膜，具有表面张力，水黾的体重又很轻，它的脚细长而向两侧弯曲，不会弄破水面的薄膜。
再加上脚尖还有很多排斥水的细毛，所以水黾能浮在水面上并能行走。
也有人说，水黾能浮在水面上是因为水黾的重量十分轻，的确，我们在初中会学到这个。
可是，昆虫种类那么多，比水黾轻的比比皆是，可它们并不是像水黾一样都会游泳。
至此，大家知道了吗？在水面上漂浮的是水黾，它可并不是因为轻才能浮在水面上的哦！。