第五节 液体的表面现象
合集下载
液体的表面现象
液体的表面现象液体是物质的三种状态之一，与固体和气体相比，液体具有较高的密度和较低的流动性。
由于液体的分子之间有所谓的“凝聚力”，它们表面会出现一些有趣的现象。
这些现象被称为液体的表面现象，包括表面张力、毛细现象等。
本文将对液体表面现象进行介绍。
1.表面张力表面张力是指液体表面上分子间的相互作用力，使得液体表面能够收缩成一定形状的趋势。
液体的分子间互相吸引，因此在液体内部分子间距离较小。
但是，在液体的表面，分子只能受到内部和液体外部分子的吸引力，这使得表面分子排列紧密，比内部分子间距离要小。
表面分子向内部分子受到的吸引力较大，而向表面和外部分子受到的吸引力较小。
这种不平衡的效应导致了表面分子紧密地附着在一起，形成了所谓的“表面膜”。
因此，液体的表面不趋向平坦，而是减少表面积至最小化。
表面张力是由于表面膜的存在而产生的力，其大小与表面积和表面膜的形状有关。
表面张力的单位是“牛/米（N/m）”，是指当液体表面积为1平方米时，要克服液体表面张力的力量。
2.毛细现象毛细现象是液面在物体上升降不同高度的现象。
液体在将毛细管或细小通道中上升或下降的过程中就会出现毛细现象。
液体分子会被相互吸引而塞进一个毛细管或细小通道中，当管道非常细小时，液体分子就会塞进其中，并且分子外面的表面能量就要比里面的表面能量更多。
因此，在这种情况下就会发生毛细现象。
当管道越细时，液体上升的高度将增加，这是因为表面张力使液体分子的吸引力更加强大（因为液体表面的面积越小，分子之间的吸引力就越强）。
因此，液体分子在管道内被塞进的尺寸越小，液面就会上升得更高。
3.珠形（球形液滴）形状当液体表面张力作用于液滴时，液滴的形状呈现出球形。
这是因为液体表面分子对瓶子、盘子等容器的内部不附着，但对自身和外界的不附着。
由于表面张力，液体分子会倾向于把自己塑造成一个球体，从而减少液体表面积至最小化。
无论容器是什么形状，液滴都会尽可能地缩小表面积并形成一个球形，这就是珠形的形状。
液体的表面现象
2
材料科学
设计和制备具有特殊浸润性和表面活性的材料。
3
纳米技术
利用表面张力控制纳米颗粒的分散和组装。
浸润性与液体的相互作用
浸润性
浸润性是指液体与固体表面相 互作用程度的度量。
吸附
液体分子通过吸附在固体表面 上，降低表面的自由能。
角接触角
角接触角越小，液体与固体的 浸润性越好。
表面张力的应用和意义
自洁性
表面张力使得水可以在表面上形 成水滴，带走灰尘和污垢。
水黾行走
表面张力使得一些小昆虫可以在 水面上行走。
液体的表面现象
液体的表面现象是指液体与其外界接触界面上的特殊现象。
表面张力的原理
表面张力是由于液体分子间的相互作用力导致液体表面处呈现出的一种紧张 状态。
液滴形状的影响因素
1 表面张力
表面张力越大，液滴越接近球形。
3 挥发
挥发过程会使液滴变形。
2 重力
地球引力使得大的液滴下垂。
4 浸润性
液滴与固体表面的相互作用也会影响形状。
毛细作用
表面张力使得液体可以逆向上升 到细管内。
实验观察表面现象的方法
滴定法
通过滴定液体，并观察液滴 形状和滴落速度变化。
测量法
利用天平、毛细管等测量液 体的质量、压强和高度。
观察法
直接观察液体的行为比如液 滴形状和变形过程。
液体的表面现象在科学和工程和植物叶片自洁性的机制。
第五节 液体表面张力(上课)
片段教学 > > 情景导入 > > 教师演示
演示实验一：硬币的“漂浮”
水面对硬币 的作用力是 怎么产生的？
片段教学 > > 教师演示
演示实验二
一条细棉线系在铁丝环上，使棉线 处略为松驰状态，将铁丝环浸入肥皂液 里，再拿出来时环上就留下一层肥皂液 的薄膜，这时薄膜上的棉线仍是松驰的， 用烧热的针刺破某一侧的薄膜，观察现 象
第五节
液体表面张力
高中物理——液体表面张力 > > 主讲内容
液体表面张力 > > 主讲内容 > > 教材分析
地位:本节内容是“分子动理论”的具体应用。 作用 :承接分子动理论和各物态变化关系等内
容，又为本节后面的毛细现象和液晶内容 做了铺垫，起着承上启下的作用。
液体表面张力 > > 主讲内容 > > 学情分析
情感态度 价值观
（1）培养对自然现象的观察能力 （2）经历演示实验的观察、参与、交流，养成积极探 索的科学态度和合作精神。
液体表面张力 > > 主讲内容 > > 重点难点
液体表面张力 的产生原因、 大小和方向
重点 1
液体表面张 力的方向
难点 2
液体表面张力 > > 主讲内容 > > 教学方法
教学方法
表面层分子受到指向液体内部的 合力(分子间净吸引力）。 液体内部的分子其所受合力为零。
产生的原因 物质表面层的分子所处的力场是不均衡的。
作用结果
导致液体表面具有自动缩小的趋势。 扩展表面要作功。
片段教学 > > 思考
思考:液体分子在表面层与它在液体、气体中分布有 什么不同，分子间作用力又是怎样的？
《液体表面现象》课件
液体表面现象的分类
总结词
对液体表面现象进行分类和解释。
详细描述
液体表面现象可以分为静态和动态两类。静态现象主要包括表面张力和润湿现象 ，而动态现象则包括液体在固体表面的铺展、液滴的形成与破碎等。
液体表面现象的应用
总结词
列举液体表面现象在生活和工业中的 应用。
详细描述
液体表面现象在生活和工业中有着广 泛的应用，如防水、防雾、化妆品、 生物医学等领域。同时，在能源、环 境、微电子等领域，液体表面现象也 有着重要的应用价值。
表面活性剂的应用
表面活性剂在工业生产和日常生 活中有着广泛的应用，如洗涤剂 、化妆品、农药、食品、医药等
领域。
表面活性剂能够降低溶液的表面 张力，提高溶液的渗透性和润湿 性，有助于提高生产效率和产品
质量。
在医药领域，表面活性剂可以作 为药物载体和药物释放剂，有助 于提高药物的疗效和降低副作用
。
感谢观看
表面活性剂分子通常具有不对称的结 构，一端为亲水基团，另一端为疏水 基团，这种结构使得表面活性剂分子 能够定向排列在液体表面。
表面活性剂的分类
01
根据疏水基团的性质，表面活性 剂可以分为阳离子型、阴离子型 、非离子型和两性型等。
02
根据亲水基团的性质，表面活性 剂可以分为羧酸盐型、硫酸盐型 、季铵盐型等。
如荷叶效应、不粘锅等。
03
应用三
表面张力与毛细现象。浸润与不浸润现象与表面张力和毛细现象密切相
关，在自然界和工程领域中有广泛的应用，如植物叶片的蒸腾作用、毛
细血管的血液流动等。
05
表面活性剂
表面活性剂的定义
表面活性剂是一种能够降低液体表面 张力的物质，具有亲水基团和疏水基 团，能够在液体表面形成单分子膜。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
液体的表面现象
一:液体的表面张力现象:
二:液体的表面张力 1.表面张力:
f l
2.表面张力系数a
（1）从力的角度看： f , 单位：N / m
(2)从作功的角度看
l
外力 : F f 2l
将BC边向右移动x, 外力作功
A Fx 2lx S
A ,单位 : J / m2
S
(3)从能量的角度看
应用:减小a以使f减小,例洒农药,油漆表面抛光.
应用:水的抗拉强度:水柱在断裂前,单位面积上所能 承受的最大张力.
要使水柱断开,外力克服表面张力作功为:
A 2S, S为水柱的截面面积.
因两水分子之间的作用 距离为 : d 1010 m
故水柱断开克服粘滞力：F A
d
抗拉强度:
PC
F S
A dS
(b)潜水员从深海中上升的注 意事项 (c) 温度升高时,植物部分枝条枯萎
2S
Sd
2
d
例 : T 200 C时, 7.28 10 2 N / m
PC
2
d
2 7.28 10 2
/ 10 10
1.56 109 Pa
4:表面张力的产生 (1)分子作用力 (2)从分子力的观点解释
(3)从能量的观点解释
5 :弯曲液面的附加压强 产生
(1)水平液面 P0 P内
(2)凸液面 : P内 P0 PS
2r
sin
2r
r
R
故表面张力对液体产生的附加压强为:
PS
f1
r 2
2 r2 / R r 2
2
R
附加压强的另外一种证明
讨论:
(a)PS , PS
(b)平液面 :
1
R R
(讨论
, PS
: 大小两个肥皂泡,
0, 故P内 P0
用玻璃管相联,
其变化情况)
凸液面,
P内
P0
2
R
凹液面, P内 P0
(C)球形液面
4 r3N
3
4 R3
3
N
R3 r3
释放出的能量等于水滴表面积的减少量与表面张力系数的乘积,即
E (4r2 N 4R2 ) 4 ( R 1)R2
r
3.a与哪些因素有关 (1)与液体的性质有关 (2)与温度有关,T升高则a减小; (3)与相邻物质的化学性质有关 (4)与杂质有关: 表面活性物质:能使a减小的的物质,例醇,酸,醛等有机物, 洗衣粉,肥皂等.
表面能增量：E A S
E , 单位 : J / m2
S
应用:喷洒农药
例:试求当许多半径为r的小水滴溶合成一个半径为R的大水滴 时释放出的能量.假设水滴呈球状,水的表面张力系数a在此过程 中保持不变.
解:设小水滴的数目为N,溶合过程中释放出的能量为水滴表
面积减少的表面能.溶合前后水滴的总体积保持不变,则
(1) , 液体润湿固体
2 (2) 0, 液体完全润湿固体
(3) , 液体不润湿固体
2
(4) , 液体完全不润湿固体
3 毛细现象 （1） 毛细现象
（2） 毛细现象中液面上升(或下降)高度的计算
由液由由应P体附0图B的加 点知静压 与2:R力r强C学点可R原同知c理高go: sP可 h,AP知 B PP:00PPCB2R
(3)凹液面 : P0 PS P内
PS为附加压强 , 方向指向曲率中心 .
球形液面的附加压强
作用在边界上一段微元dl上的表面张力为:
df dl(df与边界处液面相切 )
将其分解成如图所示的两个分力:
df1 dl sin
df2 dl cos
表面张力的合力为:
f1
l df1
dl
l
sin
P0 PA
gh
h 2 cos
说明:
gr
(1)h
,
h
1
(2)对于液体不润r 湿现象, h的计算公式相同,
只是cos 0, h 0, 液面下降.
毛细永动机的设想
3 应用:
(1) 有利于植物吸收水分; (2)有利于保存土壤中的水分;
(3)毛细管栓塞现象; 应用: (a)输液时,切3
对内液面(凹) : P2
R
2
dR
P1
2
2R
R
P0
内, 外的压强差为: P1
(d )任意液面的PS
( 1
R
1
P 3
1 R2
4
R
)
应用:(1)有利于植物根毛吸收水分,(2)喷灌优于漫灌;(3)有利于土
壤颗粒的结合.
三、液体与固体接触处的表面现象
1 润湿与不润湿现象 2 接触角的定义(判断润湿与不润湿现象的依据) 接触角:以汽,液，固三者的交 点为顶点，一边为汽，液相交面 的切线，另一边为固，液的相交线 且通过液体的内部
一:液体的表面张力现象:
二:液体的表面张力 1.表面张力:
f l
2.表面张力系数a
（1）从力的角度看： f , 单位：N / m
(2)从作功的角度看
l
外力 : F f 2l
将BC边向右移动x, 外力作功
A Fx 2lx S
A ,单位 : J / m2
S
(3)从能量的角度看
应用:减小a以使f减小,例洒农药,油漆表面抛光.
应用:水的抗拉强度:水柱在断裂前,单位面积上所能 承受的最大张力.
要使水柱断开,外力克服表面张力作功为:
A 2S, S为水柱的截面面积.
因两水分子之间的作用 距离为 : d 1010 m
故水柱断开克服粘滞力：F A
d
抗拉强度:
PC
F S
A dS
(b)潜水员从深海中上升的注 意事项 (c) 温度升高时,植物部分枝条枯萎
2S
Sd
2
d
例 : T 200 C时, 7.28 10 2 N / m
PC
2
d
2 7.28 10 2
/ 10 10
1.56 109 Pa
4:表面张力的产生 (1)分子作用力 (2)从分子力的观点解释
(3)从能量的观点解释
5 :弯曲液面的附加压强 产生
(1)水平液面 P0 P内
(2)凸液面 : P内 P0 PS
2r
sin
2r
r
R
故表面张力对液体产生的附加压强为:
PS
f1
r 2
2 r2 / R r 2
2
R
附加压强的另外一种证明
讨论:
(a)PS , PS
(b)平液面 :
1
R R
(讨论
, PS
: 大小两个肥皂泡,
0, 故P内 P0
用玻璃管相联,
其变化情况)
凸液面,
P内
P0
2
R
凹液面, P内 P0
(C)球形液面
4 r3N
3
4 R3
3
N
R3 r3
释放出的能量等于水滴表面积的减少量与表面张力系数的乘积,即
E (4r2 N 4R2 ) 4 ( R 1)R2
r
3.a与哪些因素有关 (1)与液体的性质有关 (2)与温度有关,T升高则a减小; (3)与相邻物质的化学性质有关 (4)与杂质有关: 表面活性物质:能使a减小的的物质,例醇,酸,醛等有机物, 洗衣粉,肥皂等.
表面能增量：E A S
E , 单位 : J / m2
S
应用:喷洒农药
例:试求当许多半径为r的小水滴溶合成一个半径为R的大水滴 时释放出的能量.假设水滴呈球状,水的表面张力系数a在此过程 中保持不变.
解:设小水滴的数目为N,溶合过程中释放出的能量为水滴表
面积减少的表面能.溶合前后水滴的总体积保持不变,则
(1) , 液体润湿固体
2 (2) 0, 液体完全润湿固体
(3) , 液体不润湿固体
2
(4) , 液体完全不润湿固体
3 毛细现象 （1） 毛细现象
（2） 毛细现象中液面上升(或下降)高度的计算
由液由由应P体附0图B的加 点知静压 与2:R力r强C学点可R原同知c理高go: sP可 h,AP知 B PP:00PPCB2R
(3)凹液面 : P0 PS P内
PS为附加压强 , 方向指向曲率中心 .
球形液面的附加压强
作用在边界上一段微元dl上的表面张力为:
df dl(df与边界处液面相切 )
将其分解成如图所示的两个分力:
df1 dl sin
df2 dl cos
表面张力的合力为:
f1
l df1
dl
l
sin
P0 PA
gh
h 2 cos
说明:
gr
(1)h
,
h
1
(2)对于液体不润r 湿现象, h的计算公式相同,
只是cos 0, h 0, 液面下降.
毛细永动机的设想
3 应用:
(1) 有利于植物吸收水分; (2)有利于保存土壤中的水分;
(3)毛细管栓塞现象; 应用: (a)输液时,切3
对内液面(凹) : P2
R
2
dR
P1
2
2R
R
P0
内, 外的压强差为: P1
(d )任意液面的PS
( 1
R
1
P 3
1 R2
4
R
)
应用:(1)有利于植物根毛吸收水分,(2)喷灌优于漫灌;(3)有利于土
壤颗粒的结合.
三、液体与固体接触处的表面现象
1 润湿与不润湿现象 2 接触角的定义(判断润湿与不润湿现象的依据) 接触角:以汽,液，固三者的交 点为顶点，一边为汽，液相交面 的切线，另一边为固，液的相交线 且通过液体的内部