液體的表面張力

熱學(xué)講課順序：1、按照競(jìng)賽真題題型來(lái)講抓住重點(diǎn)、突破難點(diǎn)2、新增內(nèi)容真題研究：1、題目的構(gòu)成2、包含的概念、規(guī)律、方法3、重點(diǎn)難點(diǎn)4、易錯(cuò)點(diǎn)5、拓展點(diǎn)精選課件精選課件外表張力現(xiàn)象為什么水面上的小昆蟲(chóng)能在水面上行走，而不會(huì)沉入水中？牛奶滴落在盤(pán)中的瞬間飛濺情形，呈現(xiàn)球狀，在盤(pán)上方的牛奶呈現(xiàn)近乎完美的球形？精選課件外表張力的演示實(shí)驗(yàn)〔1〕圓形金屬框上沾有肥皂泡沫，假設(shè)將膜面上的棉線圈內(nèi)部的膜戳破，那么棉線圈將被液體的外表張力拉成圓形；精選課件外表張力的演示實(shí)驗(yàn)〔2〕橄欖油滴浮在同密度的水和酒精的混合液體中，由于外表張力的作用，油滴形成完美的球形。精選課件一、外表張力1.現(xiàn)象：說(shuō)明：液面上存在沿外表的收縮力作用，這種力只存在于液體外表。 (2).液面像緊繃的彈性薄膜。 (1).液體外表有收縮到最小的趨勢(shì)；2.外表張力(1)外表層：在液體與氣體交界面，厚度等于分子有效作用距離(=10-8m)的一層液體。(2)外表張力：液體的外表層中有一種使液面盡可能收縮成最小的宏觀張力。精選課件①分子力觀點(diǎn)：外表張力是由于液體外表層內(nèi)分子間相互作用與液體內(nèi)局部子間相互作用不同。(3)外表張力產(chǎn)生的微觀本質(zhì)任何系統(tǒng)的勢(shì)能越小越穩(wěn)定，所以外表層內(nèi)的分子有盡量擠入液體內(nèi)部的趨勢(shì)，即液面有收縮的趨勢(shì)，使液面呈緊張狀態(tài)，宏觀上就表現(xiàn)為液體的外表張力。體積一定,球體的外表積最小;②從能量觀點(diǎn)來(lái)分析把分子從液體內(nèi)部移到外表層，需克服f⊥作功;外力作功,分子勢(shì)能增加,即外表層內(nèi)分子的勢(shì)能比液體內(nèi)局部子的勢(shì)能大，外表層為高勢(shì)能區(qū);精選課件設(shè)想在液面上畫(huà)一條直線段，線段兩側(cè)液面均有收縮的趨勢(shì)，即有外表張力作用，該力與液面相切,與線段垂直，指向各自的一方,分別用F和F′表示，這恰為一對(duì)作用力與反作用力，F(xiàn)=-F′。(4).外表張力系數(shù)〔定義一〕為外表張力系數(shù)，表示液體外表單位長(zhǎng)度直線段上的外表張力，單位：N/m。由于線段上各點(diǎn)均有外表張力作用,線段越長(zhǎng),那么合力越大。設(shè)線段長(zhǎng)為l,那么：F=l。精選課件如下圖，鐵絲框上掛有液膜，外表張力系數(shù)為，將AB邊無(wú)摩擦、勻速、等溫地右移△x，在AB邊上加的力為：F=2l，那么在這個(gè)過(guò)程中外力F所做的功為:其中△S=2l△x,是AB向右移動(dòng)過(guò)程中液面面積的增量。外力克服分子間引力做功，液體外表能增加，假設(shè)用△E表示外表能增量，那么：外表張力系數(shù)在數(shù)值上等于增加單位液體外表積時(shí)，外力所需做的功，或增加單位液體外表積時(shí)，所增加的外表能——比外表能；(5).外表張力系數(shù)與外表能增量〔定義二〕精選課件二：附加壓強(qiáng)的產(chǎn)生

在液體外表上取一小面積△S,由于液面水平，外表張力沿水平方向，△S平衡時(shí)，其邊界外表張力相互抵消,△S內(nèi)外壓強(qiáng)相等：PB=PAAB1.平液面精選課件2.液面彎曲1)凸液面時(shí)，如圖S周界上外表張力沿切線方向，合力指向液面內(nèi)，S好象緊壓在液體上，使液體受一附加壓強(qiáng)ps，由力平衡條件，液面下液體的壓強(qiáng)：ps為正;附加壓強(qiáng)使得液體內(nèi)部壓強(qiáng)大于外部壓強(qiáng)。AB精選課件2〕凹液面時(shí)，如圖S周界上外表張力的合力指向外部，S好象被拉出，液面內(nèi)部壓強(qiáng)小于外部壓強(qiáng)，液面下壓強(qiáng)：總之：附加壓強(qiáng)使彎曲液面內(nèi)外壓強(qiáng)不等，與液面曲率中心同側(cè)的壓強(qiáng)恒大于另一側(cè)，

任何彎曲液面都對(duì)液體產(chǎn)生附加壓強(qiáng)；附加壓強(qiáng)方向恒指向彎曲液面的曲率中心；AB精選課件三、球形液面的附加壓強(qiáng)---拉普拉斯公式設(shè)有一半徑為R的球形液滴，其外表張力系數(shù)為，是凸液面，那么液滴外表層內(nèi)外的壓強(qiáng):lp內(nèi)P外r

l

RFF//F

在液體外表，取微小球冠形液體元，球冠的邊緣線l存在外表張力F，沿球冠外表切線方向。由于球冠很小，忽略其重力。受力分析：表面張力F精選課件沿邊緣線一周，F(xiàn)//相互抵消，作用在球冠邊緣線上的外表張力的合力為：受力平衡：精選課件附加壓強(qiáng)：——球形液面附加壓強(qiáng)公式球形液面附加壓強(qiáng)與外表張力系數(shù)成正比，與球面半徑R成反比。適用于任何液面：球面、半球面、凹凸面，R是液面處的曲率半徑；半徑越小，附加壓強(qiáng)越大；半徑越大，附加壓強(qiáng)越??；半徑無(wú)限大時(shí)，附加壓強(qiáng)等于零，這正是水平液面的情況?！绽构骄x課件四.球形液泡的內(nèi)、外壓強(qiáng)差如圖,由于球形液泡很薄，有內(nèi)外兩個(gè)外表，內(nèi)外膜半徑近似相等，設(shè)A、B、C三點(diǎn)壓強(qiáng)分別為PA、PB、PC，那么：液泡內(nèi)壓強(qiáng)大于液泡外壓強(qiáng)，并與半徑成反比。同樣處在大氣壓下，液泡半徑越小，內(nèi)外的壓強(qiáng)差越大;精選課件補(bǔ)充：※向帶有活塞的三通玻璃管吹氣使兩端分別掛上大小不一的肥皂泡，旋轉(zhuǎn)活塞使兩氣泡連通，觀察氣泡的變化?

發(fā)現(xiàn)小泡將越來(lái)越小，大泡越脹越大。這就是小泡的附加壓強(qiáng)大于大泡的附加壓強(qiáng)的緣故。精選課件補(bǔ)充例4如圖，在內(nèi)半徑r＝0.3mm的細(xì)玻璃管中注水，一局部水在管的下端形成一凸液面，其半徑為3mm，管中凹液面的曲率半徑與毛細(xì)管的內(nèi)半徑相同。求管中所懸水柱的長(zhǎng)度h。設(shè)水的外表張力系數(shù)＝7310-3N／m.精選課件潤(rùn)濕:液體沿固體外表延展的現(xiàn)象，稱液體潤(rùn)濕固體。(水—玻璃)五、潤(rùn)濕與不潤(rùn)濕1.定義不潤(rùn)濕：液體在固體外表上收縮的現(xiàn)象，稱液體不潤(rùn)濕固體。(水—石蠟)

潤(rùn)濕、不潤(rùn)濕與相互接觸的液體、固體的性質(zhì)有關(guān)。精選課件內(nèi)聚力：附著層內(nèi)分子所受液體分子引力之和。2.微觀解釋潤(rùn)濕、不潤(rùn)濕是由于分子力不對(duì)稱而引起。附著力：附著層內(nèi)分子所受固體分子引力之和。附著層：在固體與液體接觸處，厚度等于液體或固體分子有效作用半徑〔以大者為準(zhǔn)〕的一層液體。精選課件(2)當(dāng)f附<f內(nèi),A分子所受合力f垂直于附著層指向液體內(nèi)部，液體內(nèi)局部子勢(shì)能小于附著層中分子勢(shì)能，附著層中分子盡量擠進(jìn)液體內(nèi)部，使附著層收縮，宏觀上表現(xiàn)為液體不潤(rùn)濕固體。(1)當(dāng)f附>f內(nèi),A分子所受合力f垂直于附著層指向固體，液體內(nèi)局部子勢(shì)能大于附著層中分子勢(shì)能，液體內(nèi)的分子盡量擠進(jìn)附著層，使附著層擴(kuò)展，宏觀上表現(xiàn)為液體潤(rùn)濕固體。精選課件在液體與固體接觸面的邊界處，作液體外表及固體外表的切線，這兩切線通過(guò)液體內(nèi)部的夾角稱接觸角，用θ表示。

3.接觸角⑴⑵精選課件

OO注意：兩切線通過(guò)液體內(nèi)部的夾角稱接觸角θ

精選課件六、毛細(xì)現(xiàn)象水在細(xì)玻璃管中水面上升；水銀在玻璃管中液面下降；1.毛細(xì)現(xiàn)象潤(rùn)濕管壁的液體在細(xì)管里升高，不潤(rùn)濕管壁的液體在細(xì)管里下降的現(xiàn)象。原因：外表張力及潤(rùn)濕、不潤(rùn)濕。細(xì)管稱毛細(xì)管。毛細(xì)管：紙張、燈芯、紗布中的纖維、土壤、植物的根莖等精選課件2.管內(nèi)液面上升〔或下降〕的高度(1)液體潤(rùn)濕管壁半徑為r的毛細(xì)管剛插入水中時(shí)，θ為銳角,管內(nèi)液面為凹液面，PC=P0,PB<P0,B、C

為等高點(diǎn)，但PB<PC

，液體不能靜止，管內(nèi)液面將上升，直至PB=PC

為止，有：毛細(xì)管半徑為r，液面的曲率半徑為R，有：精選課件(2)液體不潤(rùn)濕管壁

毛細(xì)管剛插入水銀中時(shí)，θ為鈍角,管內(nèi)液面為凸液面，PC=P0,PB＞

P0,B、C

為等高點(diǎn)，但PB

＞

PC

，所以液體不能靜止，管內(nèi)液面將下降，直至找到等壓點(diǎn)為止，有：毛細(xì)管半徑為r，液面的曲率半徑為R，有：精選課件———朱倫公式；毛細(xì)管中液面上升高度與外表張力系數(shù)成正比；與毛細(xì)管半徑成反比，并與接觸角θ有關(guān)。因此毛細(xì)管越細(xì)，液面上升就越高；利用朱倫公式可以測(cè)定液體外表張力系數(shù)；h>0,液面上升h<0,液面下降精選課件補(bǔ)充例題,如圖,盛有水的U形管中，細(xì)管的內(nèi)半徑rA=5.010-5m，粗管的內(nèi)半徑rB＝2.010-4m。設(shè)水能完全潤(rùn)濕玻璃管壁，且巳知水的外表張力系數(shù)7310-3N／m,試求左右兩管水面的高度差h。精選課件氣體栓塞現(xiàn)象和懸著水毛細(xì)現(xiàn)象在科學(xué)技術(shù)和日常生活中都有著重要作用。在工程技術(shù)中利用毛細(xì)管現(xiàn)象可使?jié)櫥屯ㄟ^(guò)孔隙進(jìn)入機(jī)器零件中潤(rùn)滑機(jī)器；動(dòng)物體內(nèi)的微血管及植物體內(nèi)的導(dǎo)管都可視為很細(xì)的毛細(xì)管，故毛細(xì)現(xiàn)象在生理學(xué)的研究中亦起著很重要的作用。精選課件一、毛細(xì)管的氣體栓塞現(xiàn)象如圖，毛細(xì)管中有一段液體，液體左右兩端壓強(qiáng)相等,形成對(duì)稱的彎液面，欲使液柱向右移動(dòng)，那么在左側(cè)加一壓強(qiáng)△P，這時(shí)兩側(cè)液面形狀改變，右側(cè)曲率半徑增大,左側(cè)曲率半徑減小，產(chǎn)生向左的附加壓強(qiáng)差ps來(lái)抵抗△P,當(dāng)△P到達(dá)一定程度時(shí)，液柱才能移動(dòng)。當(dāng)毛細(xì)管中有很多氣泡，那么外加幾個(gè)大氣壓都不能使液柱移動(dòng)，形成栓塞,稱氣體栓塞現(xiàn)象。pppP+p精選課件〔1〕肌注、輸液、輸血時(shí)要防止氣泡進(jìn)入。3、要注意防止氣體栓塞〔2〕人員從高壓環(huán)境中脫離時(shí)〔如：潛水員由深水上浮〕，應(yīng)采取減壓緩沖措施，防止血管中氣泡形成?！?〕植物體內(nèi)輸送營(yíng)養(yǎng)液的導(dǎo)管很細(xì)，假設(shè)溫度突然升高，溶解在液汁中的氣體會(huì)析出形成氣泡，導(dǎo)管栓塞，一局部枝葉因缺乏營(yíng)養(yǎng)液的補(bǔ)充而凋萎。精選課件小結(jié)一、外表張力1.外表張力:f=l2.外表能:二、彎曲液面的附加壓強(qiáng)1.平液面:

2.凸液面:3.凹液面:4.單球形液面:5.球形液泡:精選課件三、潤(rùn)濕與不潤(rùn)濕⑴⑵四、毛細(xì)現(xiàn)象(1)液體潤(rùn)濕管壁:(2)液體不潤(rùn)濕管壁:精選課件精選課件2、同一液體的兩個(gè)球形膜碰在一起后形成如下圖的對(duì)稱連體膜，連體膜的兩個(gè)球面〔實(shí)為超過(guò)半球面的局部球面〕的半徑均為R，