(汇总)水的表面张力.ppt

水的表面张力表面张力是一种特殊的力，它是液体（纯净液体、溶液）性质的一种表现．从微观上看，表面张力是因液体麦面薄层（约10-9米，并非几何面）内分子间的相互作用，它不同于液体内部分子间的相互作用，从而使液体表面层具有一种特殊性质．表面张力是分子力的一种宏观表现，在内聚力的作用下，表面层液体分子的移动总是尽量地使表面积减小．在液体表面形成一层弹性薄膜，这样便出现了表面张力．表面张力起源于分子引力，从其作用效果来看，它属一种拉力．液体表面具有收缩趋势的微观解释从力的角度分析：由于液体表面层分子显著地受到液体内部分子引力的作用（这其间也存在着分子斥力，只是分子引力占了优势）．表面层外气体或其它液体分子的作用很小．于是，表面层内分子受力上、下不均，所以表面层分子仅受到了一指向液体内部的合引力，这一引力导致了表面层分子有向液体内部运动的趋势，宏观上便表现出液体表面具有自动收缩的趋势．从能量的角度分析：由于液体表面层内出现了一个指向液体内部、自液面而下逐渐增强的分子引力场．液体分子由液体内部进入分子引力场，需要外力做功，其分子势能将增大（类似重力场中举起重物），而液体分子由表面进入液体内部，其势能会减小（类似重力场中下落物体）．因任何物体的势能总有减小的倾向，以便使其稳定（势能最小原理），所以表面层的分子总想进入液体内部以获得“安稳”，从而使表面层分子的总势能尽可能减小．这一趋势宏观上使表面积趋于减小，即液面具有自动收缩的趋势．表面张力和分子引力联系的解释众所周知，表面张力及其形成和分子引力有着密切的关系．那么，与液面共面相切的宏观力——表面张力，和垂直液面指向液体内部的微观力——分子引力合力，二者的联系如何理解？如前所述，液体表面层的分子因受到指向液体内部的拉力——分子引力的作用．表面层分子总要尽可能地向液体内部钻．这样一来，宏观上整个液面就会处在一种张紧的状态，表面上出现张力，即和液体表面共面且相切的表面张力．分子引力、表面张力的联系可用下面的事例说明类比：一直位于水平面上的小车，通过一个定滑轮在垂直向下的拉力作用下，该车上便会有一沿水平方向的力．分子引力和表面张力的关系是：前者为因，后者为果表面张力和温度的关系表面张力一般随温度升高而减小，因为温度升高，分子热运动加剧，液体分子之间距离增大．相互吸引力将减小，所以表面张力要相应地减小．到达临界温度（物质以液态形态出现的最高温度）时，表面张力减小到零．通常表面张力和温度的关系成一直线；也有的表面张力虽随温度增加而减小，但不是直线关系；有的二者关系则更复杂．物理在我们的生活中有很大的作用，我们可以借着生活来学习物理，再利用物理来服务生活。

在高压条件下，物质内部的密度和分子间相 互作用力发生变化，导致表面张力发生变化。
在低压或真空条件下，气体分子间的距离增 大，相互作用力减弱，导致表面张力减小。
04
表面张力现象的应用
工业制造
微电子制造
表面张力在微电子制造中用于控 制液体的流动和表面形貌，例如 在晶片清洗、表面涂层和光刻过
程中。
金属加工
非极性分子
非极性分子在表面更倾向于形成无序 排列，降低表面张力。
表面活性剂
降低表面张力
表面活性剂分子具有两亲性，一端亲水，一端亲油，能够降低油水界面张力，从而降低整个系统的表面张力。
改变界面性质
表面活性剂能够改变界面上的分子排列和性质，影响表面张力的变化。
压力
高压下表面张力变化
低压下表面张力变化
在金属加工过程中，表面张力用于 控制熔融金属的流动，以制造出具 有特定形状和质量的金属部件。
化学工业
在化学工业中，表面张力用于指导 液体的流动和分离过程，例如在萃 取、蒸馏和结晶过程中。
生物医学领域
生物芯片
表面张力在生物芯片的制造中起到关键作用，它能够控制生物分 子的排列和反应，从而提高检测的灵敏度和特异性。
03
影响表面张力现象的因素
温度
温度升高，表面张力降低
随着温度的升高，分子间的平均动能增加，导致表面分子间的相互作用力减弱， 从而降低表面张力。
温度降低，表面张力增加
随着温度的降低，分子间的平均动能减小，表面分子间的相互作用力增强，导致 表面张力增加。
物质性质
极性分子
具有强极性的分子在表面更容易形成 定向排列，增加表面张力。
土壤修复
表面张力有助于控制土壤中污染物的 迁移和分布，为土壤修复提供新的思 路和方法。

液体表面张力
• 凡作用于液体表面,使液体表面积缩小的力, 称为液体表面张力。它产生的原因是，液 体跟气体接触的表面存在一个薄层,叫做表 面层,表面层里的分子比液体内部稀疏,分子 间的距离比液体内部大一些,分子间的相互 作用表现为引力。
影响液体的表面张力的因素
• • • • • • • • • • 内因：无机液体的表面张力比有机液体的表面张力大的 多； 水的表面张力72.8mN/m(20℃)； 有机液体的表面张力都小于水； 含氮、氧等元素的有机液体的表面张力较大； 含F、Si的液体表面张力最小； 分子量大表面张力的； 水溶液：如果含有无机盐，表面张力比水大；含有有 机物， 表面张力比水小。 外因：温度升高表面张力减小； 压力和表面张力没有关系。 液体（ 度以上时 表面张力最弱的是酒精。 度以上时） 注：液体（0度以上时）表面张力最弱的是酒精。
附加压强
• 表面张力对液体球的作用好像增加了一个 垂直于球面的压强，称为附加压强。 • 对液滴，附加压强为2*表面张力系数/ 球面半径。 • 对肥皂泡等空心液体球，附加压强为4* 表面张力系数/球面半径。
浸润液体
• 在洁净的玻璃上放一滴水，它会附着在玻璃板上形成薄层.把一块洁净 的玻璃片浸入水中再取出来，玻璃的表面会沾上一层水.这种液体附着 在固体表面上的现象叫做浸润.对玻璃来说 ，水是浸润液体. • 同一种液体，对一种固体来说是浸润的，对另一种固体来说可能 是不浸润的.水能浸润玻璃，但不能浸润石蜡.水银不能浸润玻璃，但 能浸润锌. • 把浸润液体装在容器里，例如把水装在玻璃烧杯里，由于水浸润 玻璃，器壁附近的液面向上弯曲，把不浸润液体装在容器里,例如把水 银装在玻璃管里，由于水银不浸润玻璃，器壁附近的液面向下弯曲。 在内径较小的容器里，这种现象更显著，液面形成凹形或凸形的弯月 面. • 毛细现象把几根内径不同的细玻璃管插入水中,可以看到,管内的 水面比容器里的水面高，管子的内径越小,里面的水面越高.把这些细 玻璃管插入水银中,发生的现象正好相反,管子里的水银面比容器里的 水银面低，管子的内径越小,里面的水银面越低. • 浸润液体在细管里升高的现象和不浸润液体在细管里降低的现象, 叫做毛细现象.能够产生明显毛细现象的管叫做毛细管.

水的表面张力和浮力水是地球上最常见的物质之一，它的独特性质不仅影响着自然界的环境平衡，也给我们的日常生活带来了诸多便利。

在这些性质中，水的表面张力和浮力是两个重要的特点，值得我们深入探讨和了解。

一、水的表面张力水的表面张力是指水分子吸引力在水表面形成的张力。

这种张力使得水的表面层比水的深层更难被破坏。

当我们在水的表面放置一张悬挂的针或者蚊子，不会立即下沉，这就是表面张力的作用。

表面张力有许多有趣的现象，其中一种是水滴在表面上形成球形。

这是因为水分子在表面附近的受力较大，相互间的吸引力形成一个凸面，使得水滴的形状变为球状，以减少表面积。

这也是为什么水滴在玻璃上能够如此轻松地滑动的原因。

除此之外，水的表面张力还对一些昆虫的行为有影响。

例如，水黾、浮游生物等昆虫和小生物可以在水表面行走，甚至是在水面上筑巢。

这些生物之所以能够实现这一行为，正是因为水的表面张力能够支持它们的体重。

二、水的浮力水的浮力是指水对物体产生的向上推的力。

这是由于水的密度相对较大，当物体浸入水中时，水的分子会对物体施加一个向上的压力，从而产生浮力。

根据阿基米德定律，物体所受到的浮力等于物体排出的液体的重量。

这就是为什么密度较大的物体会在水中下沉，而密度较小的物体则会浮在水面上的原因。

当一个物体的密度等于水的密度时，物体将会悬浮在水的表面，这被称为浮力平衡。

浮力不仅对于物理实验和科学研究有重要作用，也在我们的日常生活中起着推动力和支撑力的作用。

例如，游泳时我们能够浮在水面上就是因为水对我们产生了浮力。

另外，使用救生衣、气球等器具也是利用了浮力的原理。

结语水的表面张力和浮力是水独特性质的体现，它们的存在和作用对于生物和人类的生活都具有重要意义。

通过了解和研究这些性质，不仅可以拓宽我们的知识面，也可以更好地利用和保护水资源。

水是地球上的宝贵财富，我们应该懂得如何正确地利用和保护它。

固 体
f
A
液体
液体内部的分子要尽量挤入附着层，结果附着层扩展，表现为液体 润湿固体。
液体 表面张力 毛细现象
液体对固体的沾湿和不沾湿
• 固体分子对液体分子的引力 大于液体分子之间的引力， 则称液体对固体是沾湿的， 如水对玻璃，柴油对铁皮； 反之称为不沾湿的，如水银 对玻璃，水对荷叶。
• 柴油对铁皮的沾湿： 危害与防治
表面层是一个厚
汽
度大概为10-9m
表面层
的薄层，液体分
液体
子间距比较大
液体 表面张力 毛细现象
（1）液面收缩的微观解释
F引
1、从分子力的角度，
F
r0
0F
r
B分子合力表现为 垂_直__指__向_液__体__内__部__的_吸__引力
液体 表面张力 毛细现象
表面张力
表面张力是出现在液 体表面的张力，并不 是作用在表面的张力。
液体 表面张力 毛细现象
结论：水面是一张有弹性的膜
如何产生的？
液体 表面张力 毛细现象
二、液体的表面张力现象及微观本质
液体表面像张紧的弹性膜一样，具有收缩的趋势。
（1）毛笔尖入水散开，出水毛聚合； （2）蚊子能够站在水面上； （3）钢针能够放在水面上； （4）荷花上的水珠呈球形； （5）肥皂膜的收缩；
灌溉以及水库会引起地下水 上升，如果达到土壤毛细作 用范围，蒸发就会使地下水 持续上升，水被蒸发，留下 矿物质，引起土地盐碱化。 植树、治沙与土地荒漠化
液体 表面张力 毛细现象
土地的盐碱化源于毛细现象抽吸地下水
液体 表面张力 毛细现象
用引起的。
如果液体对固体润湿， 则接触角为锐角。
如果液体对固体不润湿， 则接触角为钝角。

实验四 电位差计
F U B
B 表示力敏传感器的灵敏度，单位为V /N 。
实验内容及步骤
• 测量力敏传感器的灵敏度 • 测量水的表面张力系数
测量力敏传感器的灵敏度 B
1. 开机预热 15 分钟 2. 吊蓝放在力敏传感器的挂钩上
3. 电压表调零 4. 7 个 0.5 g 片码依次放入吊盘中，记下U0→U7
5. 依次取走片码，记下U7 → U0
2
3
4
5
B 代入D1、D2
附：水的表面张力系数α的标准值
系数α N/m 水温 t°C
0.074 22 0.073 22
10
15
0.072 75 20
0.071 97 25
0.071 18 30
思考题
1.本实验操作中，误差来源可能在哪些方面，应 如何避免。 2.简述液体表面张力系数α的影响因素。
下周实验
测量液体表面张力系数α
测量吊环拉断液柱前一瞬间环受到拉力F1对应的电压值U1 测量水柱拉断脱离液面吊环受力为F2对应的电压值U2
f
(D1 D2 )
(U1 U 2 )
B (D1 D2 )
(N / m)
液体表面张力系数α测量
测量次数
1
U1（mv）
U2（mv）
内径:3.310cm ；外径:3.496cm
拉脱法测定液体表面张力系数
实验装置
调节架
升降台
表面张力系数
想象在液面上划一条直线，表面张力就表现为直线 两旁的液膜以一定的拉力相互作用。拉力 f 存在于表面 层，方向与直线垂直，大小与直线的长度 L 成正比， 即
式中α称为表面张力系 数，它等于沿液面作用在分 界线单位长度上的表面张力, 其单位为N·m-1。它的大小 与液体的成分、浓度以及温 度有关。

游标卡尺
游标卡尺简称卡尺，是一种比较精确的常用测 量长度的量具，其准确度可达0.1~0.01mm。游 标卡尺主要由主尺和可以沿主尺滑动的游标尺（ 副尺）组成。
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主尺的最小分度为1mm，游标尺上刻有游标， 利用游标可以把主尺上的估读数值准确地测量出来 ，从而提高了测量的精确度。以10分度游标为例。 图1-2为测量精确到分格的游标(称作10分游标)的 原理图。
再依次从吊盘中取走片码记下读数u7u0测定水的表面张力系数盛水玻璃器皿放平台上并将洁净的吊环挂在小钩上并对电压表清零逆时针旋转升降台大螺帽使玻璃器皿中液面上升当环下沿部分均浸入液体中时改为顺时针转动该螺帽这时液面往下降或者说吊环相对往上升
水的表面张力系数的测定
会计学
1
【实验原理】
表面张力是存在于液体表面上任何一 条分界 线两侧 间的液 体的相 互作用 拉力， 其方向 沿液体 表面， 且恒与 分界线 垂直， 大小与 分界线 的长度 成正比:
α 称表面张力系数，它在数值上等于 作用在 液体表 面单位 长度上 的力， 单位为N/m。
f L
F 为外力 G=mg， m 为钢圆环和在圆环上所粘附的液体的总 质量，g 为重力加速度
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对圆形吊环： 则
d1, d2分别为吊环内外直径
d1, d2 可由游标卡尺测得，可见，测得f 就可以由上式算得α
图1-2
第9页/共11页
游标尺上只有10个分格，是将主尺上的9个分格10等分而
成，由此游标尺上的一个分格的间隔等于主尺一个分格的
9/10,如图1-3测量示意图。
l (6 6 9 )主尺格 6(1 9 )主尺格 0.6主尺格
10
10
=6×0.1 (主尺格)

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-
2.液体表面层分子的分布特点 (1)液体内部分子的分布特点:液体内部的任何一个分子都会 受到邻近分子的引力和斥力,分子斥力作用的距离极小,分
子引力的作用距离相对较大,每个分子与最邻近的分子引
力和斥力相抵消,而较远处分子对这个分子的作用表现为 大小不等的引力,可以认为分子受到周围间隔数个分子的 吸引力,在液体内部的分子被其它分子包围,在各个方向上 受到邻近分子的引力是相等的,引力的合力为零.
B.分子的分布比液体内部密,分子间的作用力表现为斥力
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2.表面张力及其微观解释 一个薄层 (1)液体的表面层:液体与气体接触的表面存在的__________.
吸引 的力. (2)表面张力:液体表面层各部分间相互______
稀疏 即表面层分子 (3)产生原因:表面层分子的分布比内部______, 大 间距离比液体内部分子间的距离__________.
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-
c.液体的流动性:液体分子间距离小,分子密集在一起,液体分 子主要表现为在平衡位置附近做微小振动,但是,液体分子 没有长期固定的平衡位置,液体分子可以在液体内移动,不 能形成特定的形状,这是液体具有流动性的原因. d.液体的扩散特点:液体中的扩散现象是由液体分子的运动产 生的.液体分子的移动比固体分子的移动要容易的多,所以 液体扩散比固体的扩散要快.
第三章 液体 第一节 液体的表面张力
1
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1.液体表面的收缩趋势 (1)液体的表面现象 小昆虫能在水面上跑来跑去,或停在水面上而不陷入水中;轻 浮 在水面上.仔细 放在水面上的钢针或硬币也能__________ 观察后发现,钢针或硬币被水面托住时,与它们接触的液面 橡皮膜 稍有弯曲,像压在张紧的______________上一样,这时液 支持力 面给了钢针或小物体向上的______________ 作用. 自由下落过程中的小液滴,或植物叶面上的小露珠也都呈现

水的表面张力
4年级2班
• 同学们你们知道什么是水的表面张力吗 • 你们一定见过水的表面张力现象
如何通过实验更深刻的体会表 直于它们的单 位长度分界线相互作用的拉力。表面张力的形 成同处在液体表面薄层内的分子的特殊受力状 态密切相关。
• 实验设备：茶杯、硬币 • 实验过程：
• 将茶杯倒满水； • 沿杯壁将硬币轻轻推向中间；
• 实验现象：硬币浮在水面上 • 为什么呢？表面张力“驮住”了硬币 • 张力也是有限度的，不是多重的硬 币都能浮在水面上哦 我和我的小伙伴
认真仔细
• 实验用具：玻璃板、滴管、盛液体的器皿、纯净水、盐水、墨水、 菜籽油 • 实验过程：1、用滴管吸相同体积的不同液体，轻轻滴在玻璃板上， 仔细观察液滴的高度；2、在原来液滴的基础上，再滴 几滴液体，观察液滴高度。 • 实验现象：相同体积条件下，不同液体形成的液滴高度不一样。 从低到高：菜籽油，墨水，水，盐水 • 为什么呢？不同液体的表面张力大小是不一样的
补充照片
扩展阅读
• 表面张力在生活中的作用：
• 钢笔、签字笔就是依靠钢笔身上一系列毛细槽和笔尖上的细缝, 把笔 胆内的墨水输送到笔尖，从而实现流利的书写。 • 植物生长也要借助于表面张力现象，根和茎中的小管把养分和水分从 土壤中吸上来，在输送到到绿叶里的，靠的就是液体的表面张力。 • 雨水不会从雨伞上面的布面中漏下来，靠的也是表面张力。
表面张力虽然力气不大，但在生活 中用处还不小呢！！！

水的表面张力原理及现象
表面张力是指物体表面上的一种张力，由于物体表面上分子间的引力，使表面膜状物质的分子内力起作用，从而产生表面张力。

水的表面张力是指水的表面上的一种张力，由于水的表面上的分子间的引力，使水的表面膜状物质的分子内力起作用，从而产生水的表面张力。

水的表面张力的现象表现为：
1、水的表面能够保持一定的弧度，即水的表面能够形成一个封闭的圆形，称为“水面球”，这是由于水的表面张力使得水的表面能够形成一个封闭的圆形；
2、水的表面能够起到一定的支撑作用，即水的表面能够支撑一定的重量，这是由于水的表面张力使得水的表面能够支撑一定的重量；
3、水的表面能够起到一定的抗拉作用，即水的表面能够抗拉一定的力，这是由于水的表面张力使得水的表面能够抗拉一定的力；
4、水的表面能够起到一定的阻力作用，即水的表面能够阻止物体的运动，这是由于水的表面张力使得水的表面能够阻止物体的运动。

05
实验：水的表面张力实验
实验目的
探究水的表面张力现 象。
培养观察、分析和解 决问题的能力。
了解表面张力在日常 生活中的应用。
实验材料
一杯清水
一个小水桶 一块纸巾
一枚硬币 一根缝衣针
实验步骤
1. 将硬币平放在水面，观察到硬币被“托起”， 这是因为水的表面张力使硬币与水面紧密贴合。
3. 将小水桶装满水，然后迅速将水倒出，观察到 水形成了一串连续的水珠，这是因为水的表面张 力使水珠保持完整。
水质中含有的杂质和溶解物也会影响表面张力；压力越大，表面张力越
大。
思考与讨论
利用表面张力制作微型机器人
利用表面张力进行液体点滴控制
通过在机器人表面涂上一层具有超疏水性 质的材料，使其能够在水面上行ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，实现 水陆两栖的移动。
通过控制表面张力，可以实现液体的点滴 和停止，可用于医学、生物等领域中的点 滴控制。
03
影响水的表面张力的因素
温度
温度对水的表面张力影响显著 ，随着温度的升高，水的表面 张力逐渐减小，反之亦然。
在常温下，水的表面张力大约 为72.8 mN/m，而在接近0°C 时，表面张力最大，大约为 100 mN/m。
温度对表面张力的影响主要是 由于水分子间的相互作用力随 温度变化。
物质种类
表面张力单位
表面张力单位是牛顿/米（ N/m）。
表面张力特性
表面张力是液体表面所具 有的一种特性，与液体的 种类、温度、纯度等因素 有关。
表面张力产生的原因
分子引力不均衡
液体表面层的分子受到的来自内 部和外部的分子引力不均衡，导 致表面层分子分布比内部稀疏，
从而产生表面张力。

动手体验表面张力的 神奇力量
当
遇 上
？ 用硬币装水
？ 一枚一元硬币能容纳多少滴水呢
自己设计实验，利用桌面上的各种 材料，探究表面张力的影响因素
实验小要求
尽量避免弄湿桌面 每组需及时记录实验过程，实验现象及
实验感悟，结束时需上交 做完实验后请保持桌面整洁，将所用实
验用具摆放好
表面张力影响因素
内因： 无机液体的表面张力比有机液体的表面张力大
的多； 水的表面张力72.8mN/m(20℃)； 有机液体的表面张力都小于水； 含氮、氧等元素的有机液体的表面张力较大； 含F、Si的液体表面张力最小；分子量大表面
张力大； 水溶液：如果含有无机盐，表面力比水大；
含有有机物， 表面张力比水小。
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生活中的表面张力现象
表面张力：凡作用于液体表面，使液体
表面积缩小的力，称为液体表面张力。 它产生的原因是 液体跟气体接触的表面 存在一个薄层，叫做表面层，表面层里 的分子比液体内部稀疏，分子间的距离 比液体内部大一些，分子间的相互作用 表现为引力。
自己设计实验利用桌面上的各种自己设计实验利用桌面上的各种材料探究表面张力的影响因素材料探究表面张力的影响因素实验小要求实验小要求尽量避免弄湿桌面尽量避免弄湿桌面每组需及时记录实验过程实验现象及每组需及时记录实验过程实验现象及实验感悟结束时需上交实验感悟结束时需上交做完实验后请保持桌面整洁将所用实做完实验后请保持桌面整洁将所用实验用具摆放好验用具摆放好表面张力影响因素表面张力影响因素内因
表面张力影响因素
外因： 温度升高表面张力减小； 压力和表面张力没有关系。 注：液体（0度以上时）表面张力最弱的