液体的表面现象

第3章 液体的表面性质3.1 内容提要（一）基本概念1. 表面张力：液体的表面犹如张紧的弹性薄膜，具有收缩的趋势，即液体表面存在着张力，称为表面张力。

它是液体表面层内分子力作用的结果。

2.表面张力系数：用于反映液体表面性质的物理量，三种定义如下：（1）表面张力系数表示在单位长度直线两旁液面的相互拉力。

由L f α=得 Lf =α （3.1） 在国际单位制中，α的单位用N ·m -1表示。

（2）表面张力系数α等于增加单位表面积时，外力所做的功。

由△A=α·△S 得SA ∆∆=α （3.2） （3）表面张力系数α在数值等于增大液体单位表面积所增加的表面能,由△E ＝△A ＝α△S 得 SE ∆∆=α （3.3） 严格说来，表面能是在温度不变的条件下可转变为机械能的那部分表面能。

3.影响表面张力系数的几个因素(1) 不同液体的表面张力系数不同，它与液体的成分有关，取决于液体分子的性质。

(2) 同一种液体的表面张力系数与温度有关。

温度越高，α就越小。

(3) 液体表面张力系数的大小还与相邻物质的化学性质有关。

(4) 液体表面张力系数还与液体中的杂质有关。

加入杂质能显著改变液体的表面张力系数。

4.表面张力的微观本质微观理论认为，液体的表面张力是由于液体表面层分子之间相互作用力的不对称性引起的。

所谓液体的表面层是指位于液体表面处，与表面平行、厚度等于液体分子有效作用半径(一般不超过6×10-7cm)的那层液体。

从能量的角度出发，分子处于液体表面层时，分子的相互作用热能要比处于液体内部的分子的相互作用热能大，而且越靠近液面，分子的相互作用热能就越大。

而液体处于稳定平衡时，分子的相互作用热能最小，因此，液体表面层中的分子都有挤进液体内部的趋势，结果液体的表面就会尽量地收缩。

从力的观点来看，就是在液体表面内存在一种使其收缩的力，这种力就称为表面张力。

所谓表面张力，无论从力或是从能量的角度来解释，都是表面层内分子相互作用的不对称性所引起的。

第五章 液体表面现象习题答案8、 如图所示。

用金属框测定肥皂液的表面张力系数时，测得重物A 和滑动横杆B 的重量共0.64克，横杆长8厘米，试计算肥皂液的表面张力系数。

【解】：α=F/2ι= 0.64×10-3×10/(2×8×10-2)=0.040N/m(注:肥皂液膜为二层液面)9、已知水的表面张力系数α＝7.3×10-2牛顿/米，大气压强Po ＝1.0×105帕。

(1) 计算空气中直径为2.0×10-5米的水滴内的压强。

(2) 计算湖面下10米深处直径为2.0×10-5米的气泡的压强。

(取g=l0米／秒2)【解】：（1）P =P O +2α/R = 1.0×105+2×7.3×10-2/(1.0×10-5)=1.15×105 Pa（2）P =P O +ρgh + 2α/R= 1×105 + 103×10×10 + 2×7.3×10-2/(1.0×10-5)=2.146×105 Pal0、试计算将一肥皂泡从半径为R 吹到2R 所需的功。

(肥皂液的表面张力系数为α) 。

【解】： ΔW = ΔE =αΔS = α×2×4π[(2R)2 -R 2]= 24παR 211、 在内半径r ＝0.3毫米的毛细管中注水(如图所示)，水在管下端形成向外凸的球面。

其曲率半径R ＝3毫米，如管中水的上表面的曲率半径等于管的内半径，水的表面张力系数α＝7.3×10-2牛顿／米。

求管中水柱的高度h 。

【解】： P O - 2α/r +ρgh = P O + 2α/Rρgh = 2α/r + 2α/R = 2α(1/r + 1/R)h = 2α(1/r + 1/R)/ρg= 2×7.3×10-2×[1/(0.3×10-3 )+1/(3×10-3)]/ 103 ×9.8= 5.45×10-2 m12、把一个半径为R 的液滴，分散成8个半径相同的小液滴，需作功多少？（设液体表面张力系数为α）3334834r R ππ⨯= 2R r = 2224]4)2(84[R R R S W παππαα=-⋅=∆⋅=13、 一个半径为1×10-4米,长为0.2米的玻璃管,一端封闭,水平浸在水的表面下, 管中空气全部保留在管内，浸入的深度可忽略,水面上的气压为1.12×105牛顿／米2,水的表面张力系数为7.3×l0-2牛顿／米，问水进入管内的长度为多少?管中空气的压强为多大？【解】： P 1 =P O + 2α/R= 1.12×105 +2×7.3×10-2/(1.0×10-4)= 1.135×105 Pa设：液体进入管内长度为X,管的横截面积为SP1V1 = P O V0 1.12×105×S×0.2 = 1.135×105×S×(0.2 - X)X =2.57×10-3 m14、水平桌面上有两个相同的器皿，分别放入水银和水，并使两液面同高。

液体的表面张力与液体的表面现象在日常生活中，只要你稍加留意，就会观察到许多与液体表面张力有关的现象。

如草叶上晶莹剔透的露珠，荷叶上滚动着的小水滴，玻璃板上的小水银滴等，它们为什么都是球形或近似球形？这就是因为液体表面张力的作用结果。

当用细管吹出一个个五彩缤纷的肥皂泡时，在泡膜的表面上就布满了液体表面张力。

用数学可以证明，在体积相同的各种形状的几何体中，球体的表面积最小。

正是由于表面张力的作用，才会出现露珠、小水银滴等都收缩为球形的现象。

你若有机会观察护士给病人输液，你会看到在输液之前，护士总是要把输液管中的空气泡排除干净。

不然的话，若让那些气泡混入人体血管中，在表面张力的作用下，气泡将会阻碍血液的正常流动。

下面就来分析一下液体的表面张力，以及液体表面现象发生的原因。

1 表面张力的成因、大小和方向表面张力就是促使液体表面收缩的力。

液体与气体的交界面（属于液体薄层），称为表面层。

在表面层中，液体分子因受到液体内部分子的引力，而有一部分会被拉入液体内，致使表面层液体分子密度小于液内分子密度。

表面层中液体分子的这种布局，使得液体表面层就像一张“绷紧”的橡皮膜，而具有收缩趋势。

表面层一直处在具有收缩趋势的表面张力作用之下。

这里应指出，液体表面张力与橡皮膜张力在本质上是不同的。

橡皮膜的分子间距会随着膜面积的增大而增大。

而液体表面张力却不受面积变化的影响，当液体表面层面积增大时，液内分子会自动进入液面来补充，从而维持液面内分子间距不变。

可以用一个很简单的实验，来可说明表面张力的存在。

取一段铜丝制成一个直径约cm ～85的圆环，在环上跨系一根细红线（用红线易于观察）。

将环浸入洗洁精溶液再取出，环上蒙了一层液膜，这时用粉笔头轻触线一侧的液膜，原来自由弯曲的红线则立即被液膜拉向另一侧，成为一段张紧的弧线。

实验表明，液体表面具有收缩到最小面积的趋势。

同时它还表明，表面张力的方向垂直于任一周界线且与液面相切。

理论和实验表明，表面张力的大小，可用如下公式表示：⎩⎨⎧==)(2)(双表面层单表面层L F L F αα上式中，α称为表面张力系数。

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。

表面张力现象表面张力是指液体表面层的分子间力，由于液体分子在表面层受到较大的外界压力而引起的一种现象。

这种现象使得液体表面呈现出一个类似于薄膜的现象，能够让一些物体在其表面上漂浮或者将其从表面上推开。

表面张力现象主要取决于液体分子间的相互作用力，这些相互作用力包括范德华力和静电相互作用力。

范德华力是分子间的吸引力，静电相互作用力是分子间的排斥力。

这两种力量在表面层起着特别重要的作用，因为表面层的分子受到的压力远大于液体内部分子受到的压力。

液体分子会受到其他分子的吸引力，但表面层的分子只有被液体下方分子压住后才能吸引到其他分子，同时，液体下方的分子相互吸引形成的力量要比表面层的分子相互作用力要强很多。

因此，表面层的分子会形成一个能够平衡上下两侧分子吸引力的力量，这个力量就是表面张力。

表面张力也影响着液体的流动性和涂布性。

通常情况下，液体在表面张力的作用下形成的圆滴，它的表面张力将会使液滴形成一个完整的形状。

这个形状取决于液体的黏度、密度以及表面张力。

表面张力的大小与液体性质有关，通常情况下，表面张力的大小与液体的粘度成反比例关系。

例如，在水中添加一些洗涤剂可以减小表面张力，洗涤剂的分子能够在表面层形成一个薄膜，使表面层分子之间的相互作用力被降低。

因此，洗涤剂可以使水更容易渗透到纤维中，使洗涤效果更好。

总之，表面张力现象在物理学和化学领域中有着广泛的应用。

表面张力可以帮助我们理解液体在各种环境下的行为，这对于很多实际的应用来说是非常重要的。

例如，在生物科学领域中，表面张力可以帮助研究细胞的膜结构，而在材料科学领域中，表面张力可以帮助研究各种材料的表面性质和流变特性。

表面张力的原理
表面张力是液体表面产生的一种现象，其原理是由液体分子间的相互作用力引起的。

液体分子在表面受到的吸引力不平衡，导致其与体积内的分子相比表现出较强的拉力。

这种拉力使得液体表面呈现出一种类似薄膜的弹性结构，使得表面缩小并尽可能减少表面积。

这种现象正是表面张力的基本原理。

表面张力与分子间相互作用力有关。

液体分子之间存在吸引力，即范德华力或氢键等。

这种吸引力使液体分子趋于相互靠近，而表面上的分子由于周围分子较少，因此受到的吸引力也减少，导致与体积内的分子相比表现出较强的拉力。

表面张力的大小取决于液体的性质和温度。

不同液体的表面张力不同，例如水的表面张力较大，而酒精的表面张力较小。

温度的升高会降低表面张力，原因是温度升高会增加液体分子的热运动，从而减弱液体分子间的吸引力。

另外，液体中添加表面活性剂，如肥皂或洗涤剂，可以降低表面张力。

表面张力在日常生活中有许多应用。

例如，水珠在莲叶上能够形成球形，是由于水的表面张力使得水珠尽量减少表面积。

此外，在水平放置的尺子上，液体呈现出凹曲的形状，也是由于液体的表面张力引起的。

液体表面的张力现象在我们的日常生活中，常常能观察到一些有趣的液体现象。

比如，雨滴在荷叶上滚动却不会浸湿荷叶；小昆虫能在水面上行走而不会沉入水中；当我们把硬币轻轻地放在水面上，它会漂浮一段时间。

这些现象的背后，都隐藏着液体表面张力这一神奇的力量。

那么，什么是液体表面张力呢？简单来说，液体表面张力就是液体表面层内分子之间的相互吸引力。

液体内部的分子，四周都有其他分子包围着，它们受到来自各个方向的分子吸引力相互平衡。

但液体表面的分子就不同了，它们的一侧是液体内部的分子，另一侧是空气或者其他气体。

由于气体分子对液体表面分子的吸引力较小，所以液体表面分子受到的向内的吸引力大于向外的吸引力，这就使得液体表面有收缩的趋势，就好像液体表面被一层弹性薄膜包裹着一样。

为了更直观地理解液体表面张力，我们可以做一个简单的实验。

准备一个装满水的杯子，然后慢慢向水面上滴入一滴洗洁精。

我们会发现，原本平静的水面立刻变得“躁动”起来，水的表面不再平整，而是出现了许多波纹和褶皱。

这是因为洗洁精破坏了水的表面张力，使得水表面的分子间吸引力发生了改变。

液体表面张力的大小与多种因素有关。

首先是液体的种类。

不同的液体，其分子间的相互作用力不同，导致表面张力也不同。

比如，水的表面张力比酒精大，所以水滴在桌面上能保持较圆的形状，而酒精滴则更容易散开。

其次，温度也会对液体表面张力产生影响。

一般来说，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，从而导致表面张力减小。

例如，烧开水时，水的表面张力会随着水温的升高而逐渐变小，当水沸腾时，表面张力变得很小，气泡就能轻易地从液体内部逸出。

液体表面张力在自然界和生活中有着广泛的应用。

在植物的生长过程中，液体表面张力起到了重要的作用。

植物通过根部吸收水分，然后水分通过茎中的导管向上运输。

在这个过程中，由于液体表面张力的存在，水分能够在细小的导管中形成连续的水柱，而不会断开。

这就像我们用吸管吸饮料时，饮料能沿着吸管上升一样。

液体表面张力与现象在我们日常生活中，液体无处不在，从清晨的露珠到流淌的河水，从杯中的茶水到大海的波涛。

然而，你是否曾留意过液体表面那些看似平凡却又充满奥秘的现象？比如，水珠总是尽量保持球形，昆虫能在水面上自由行走而不会沉入水中。

这些奇妙的现象都与液体的表面张力密切相关。

那什么是液体表面张力呢？简单来说，液体表面张力就是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。

要理解这个概念，我们得先从液体的分子结构说起。

液体内部的分子，周围都有其他分子围绕着，它们受到来自各个方向的分子引力，这些引力相互抵消，使得分子处于相对平衡的状态。

但在液体表面，情况就大不相同了。

表面的分子一侧受到液体内部分子的引力，另一侧则是空气分子的引力。

由于空气分子对液体分子的引力相对较小，所以表面分子所受到的合力指向液体内部，从而使得液体表面有收缩的趋势。

这种收缩趋势导致了许多有趣的现象。

比如，我们把一枚硬币轻轻地平放在水面上，它不会立刻沉下去。

这是因为水分子之间的表面张力形成了一个类似于薄膜的结构，能够支撑起较轻的物体。

再比如，一些小昆虫，像水黾，它们之所以能在水面上行走自如，也是得益于液体表面张力的作用。

水黾的细长腿部不会破坏水的表面张力，反而能利用其产生的支撑力在水面上“凌波微步”。

液体表面张力还会影响液体的形状。

我们常见的水珠总是近似于球形，这就是表面张力在起作用。

在相同体积的情况下，球形的表面积最小，所以液体表面张力会促使液体尽量收缩成球形，以达到表面能最小的稳定状态。

不仅如此，液体表面张力在工业和科学研究中也有着重要的应用。

在印刷行业中，表面张力决定了油墨在纸张上的附着和扩散效果；在制药领域，表面张力对于药物的制备和剂型设计有着关键影响；在石油开采中，了解液体表面张力有助于提高原油的采收率。

此外，表面张力还与温度有着密切的关系。

一般来说，温度升高，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，从而导致表面张力减小。

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。