3.1 液体的表面张力 教案 (1)

第1节
液体的表面张力
●课标要求
知识与技能
1.知道液体表面张力现象，认识液体的微观结构．2.理解表面张力产生的原因，并用表面张力解释常见现象．
过程与方法
1.通过实验观察液体的表面张力现象．2.交流讨论日常生活中表面张力现象的实例．
情感、态度与价值观
认识液体中一些现象及其规律，发展对科学的好奇心与求知欲.
●课标解读
1．通过实验，观察液体的表面张力和现象．
2．应用分子动理论的观点解释液体表面张力产生的原因．
3．与同学交流讨论日常生活中表面张力现象的实例．
●教学地位
液体表面张力的微观解释是分子动理论的应用，同时也是教材后续内容“浸润和不浸润”以及“毛细现象”的重要基础．将液体表面张力的知识与人们的日常生活紧密相连，使理论与生活统一，加深学生对知识的理解，提高学习兴趣.
(教师用书独具)
●新课导入建议
由趣味实验引入新课，引出问题①“为什么肥皂膜能被拉的很大而不破裂？”②做回形针浮于水面上的实验展示有关液体表面张力的图片，让学生带着问题思考，同时引导学生观察图片，引出本节的内容——液体的表面张力．
●教学流程设计
步骤3：师生互动完成“探究1”互动方式 除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路




课　标　解　读
重　点　难　点
1.知道液体表面的收缩趋势．2.了解液体表面张力，从微观角度了解液体表面张力的成因.
1.理解液体的表面张力．(重点)
2.用表面张力分析相关现象．(重点)3.运用分子动理论的观点解释表面张力产生的原因．(难点)
液体表面的收缩趋势
1.基本知识
(1)实验：回形针、硬币漂在水面上
①现象：当回形针或硬币漂浮在水面上时，托起回形针或硬币的水面稍有弯曲，就像放有圆形小物品的橡皮膜稍有弯曲一样．
②结论：液面给回形针或硬币等小物品施加了向上的支持力．
(2)实验：观察肥皂膜的变化
①现象
a．铁丝框上的肥皂膜会把滑棍拉回．
b．肥皂膜里的棉线圈，当刺破圈内肥皂膜，棉线圈外的肥皂膜使棉线张紧，形成圆形．
②结论：液体的表面类似于张紧的弹性薄膜，具有收缩的趋势．
(3)实验结论
由实验知，液体表面有一种收缩的趋势，正是这种收缩的趋势使露珠、乳滴等变为球形．
2．思考判断
(1)液体的表面都有收缩的趋势．(√)
(2)昆虫不落入水中，是因为受到了向上的支持力．(√)
(3)体积相同的各种形状物体中，球形物体表面积最大．(×)
3．探究交流
小木船漂浮在水面上是由水面的收缩趋势引起的吗？
【提示】　不是．小木船漂浮在水面上是由小木船受到了水对船的浮力引起的，而不是由水面的收缩趋势引起的.
表面张力及其微观解释
1.基本知识
(1)表面层
①定义：液体与气体接触的表面存在的一个薄层．
②特点：表面层分子的分布比液体内部稀疏．
(2)表面张力
①定义：液体表面各部分间相互吸引的力．
②作用效果：由于表面张力的作用，液体表面总要收缩到尽可能小的面积．而体积相等的各种形状的物体中，
球形物体的表面积最小．因此小水珠、小露珠等都呈现球形．若露珠过大，重力影响不能忽略，则呈椭球形．完全失重环境下，可形成标准的球形．
2．思考判断
(1)小孩用细管蘸肥皂水，吹出球形的肥皂泡是因表面张力所致．(√)
(2)缝衣针漂浮在水面上是因表面张力所致．(√)
(3)注满氢气的彩色气球飘向空中是因表面张力所致．(×)
3．探究交流
清晨起来，如果你到开满鲜花的公园散步，会发现花蕊上沾满了露珠，很好看．可你想过没有，花蕊上的小水珠为什么呈球形呢？
【提示】　液体表面有一种收缩的趋势，正是这种收缩的趋势使小水珠变成球形．
表面张力的形成及作用
【问题导思】　
1．液体内部、表面层内分子力特点？
2．表面张力的方向？
3．表面张力的作用是什么？
1．分子分布特点
由于蒸发现象，表面层分子的分布比液体内部稀疏，即表面层分子间的距离比液体内部分子间的距离大．
2．分子力特点
液体内部分子间引力、斥力基本上相等，而液体表面层分子之间距离较大，分子力表现为引力．
3．表面特性
表面层分子之间的引力使液面产生了表面张力，使液体表面好像一层绷紧的膜．所以说表面张力是表面层内分子力作用的结果．
4．表面张力的方向
表面张力的方向和液面相切，垂直于液面上的各条分界线．如图3－1－1所示．
图3－1－1
5．表面张力的大小
除了跟分界线长度有关外，还跟液体的性质和温度有关．一般情况下，温度越高，表面张力就越小．另外，杂质也会明显地改变液体的表面张力大小．比如洁净的水有很大的表面张力，而沾有肥皂液的水的表面张力就比较小．
6．表面张力的作用
表面张力使液体表面具有收缩趋势，使液体表面积趋于最小．而在体积相同的条件下，球形的表面积小．
表面张力不是指个别分子间的相互引力，而是表面层中大量分子间的引力的宏观表现．凡液体与气体接触的表面都存在表面张力．
　下列说法正确的是(　　)
A．表面张力就是分子力
B．水面托起缝衣针表明表面张力与缝衣针的重力相平衡
C．表面张力的大小跟液面上分界线的长短有关
D．液体表面好像张紧的橡皮膜具有收缩趋势
【审题指导】　要正确区分表面张力和液膜弹力，结合平衡条件，求解液面上的平衡问题；要熟悉表面张力的大小和特点并能解释相关现象．
【解析】　表面张力是液体表面层内分子引力的宏观表现，不能说表面张力就是分子力，故A选项错误；在水面上静止是液膜对其弹力与重力平衡，B选项错误；表面张力的大小与液面上分界线的长短有关，且表面张力有使液面收缩的趋势，因此C、D选项正确．
【答案】　CD
表面张力问题的分析方法
1．产生条件：存在液体与空气相接触的表面．
2．产生原因：表面层中液体分子之间距离较大，整体表现为引力，形成各部分相互吸引的特点．
3．现象：有使液体的表面收缩到最小的趋势．
1．下列有关表面张力的说法中，正确的是(　　)
A．表面张力的作用是使液体表面伸张
B．表面张力的作用是使液体表面收缩
C．有些小昆虫能在水面自由行走，这是由于有表面张力的缘故
D．用滴管滴液滴，滴的液滴总是球形，这是由于表面张力的缘故
【解析】　表面张力的作用效果是使液体表面收缩；由于表面张力，被压弯的液面收缩，使小昆虫浮在液面上；由于表面张力使液滴收缩成球形．
【答案】　BCD
液体分子的分布特点
【问题导思】　
1．液体内部分子运动有何特点？
2．液体表面分子间距有何特点？
1．液体内部分子的运动特点
在液体内部，每个分子周围有许多分子．当某个分子从平衡位置向某一方向运动时，它一方面要受到所离开的那个方向的分子的吸引，另一方面又要受到所靠拢的那个方向的分子的推斥．引力和斥力的数量级相同，通常可认为其大小相等，因此，液体内部分子只能在平衡位置附近振动，分子间距等于r0.
2．液体表面分子的分布
液体表面附近的分子由平衡位置向外运动时，因为外部空气和蒸汽分子对它的斥力很小，不起显著作用，它只受到内部分子的吸引力，因此使它恢复到平衡位置的作用力就没有在液体内部时大，使得表面层里的分子振动的振幅要比液体内部分子的振幅大，一些动能大的分子就有可能冲出吸力范围，成为蒸汽分子，结果形成表面层里的分子分布比液体内部的分子分布稀疏，分子间的距离就比较大(r＞r0)．
　液体表面张力产生的原因是(　　)
A．液体表面层分子较紧密，分子间斥力大于引力
B．液体表面层分子较紧密，分子间引力大于斥力
C．液体表面层分子较稀疏，分子间引力大于斥力
D．液体表面层分子较稀疏，分子间斥力大于引力
【审题指导】　―→―→
【解析】　在液体的表面层，时刻进行的蒸发现象，使得其内的分子比较稀疏，分子间距离比较大，分子间的引力和斥力都较小，但斥力小得更多一些，因此，分子间引力大于斥力，故C正确．
【答案】　C
表面张力的形成是液体分子相互作用的宏观体现.理解分子间相互作用力随距离的变化关系是分析此类问题的关键.
2．液体表面具有收缩趋势的原因是(　　)
A．液体可以流动
B．液体表面层分子间距离小于液体内部分子间距离
C．与液面接触的容器壁的分子对液体表面分子有吸引力
D．液体表面层分子间距离大于液体内部分子间距离
【解析】　由于液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，所以表面层分子间的相互作用力为引力，这种引力使液体表面层的相邻部分之间相互吸引，产生的吸引力即表面张力，表面张力使液体表面有收缩的趋势．
【答案】　D
综合解题方略——表面张力、弹力、浮力的比较
　　
　将一枚硬币轻轻地平放在水面上，可以不下沉，此时与硬币重力相平衡的力是(　　)
A．水面的支持力
B．水的表面张力
C．水的浮力和表面张力的合力
D．水的浮力和空气浮力的合力
【审题指导】　(1)表面张力是水面上各部分之间的作用力的合力．
(2)浮力对应的浸入液体中的物体．
【规范解答】　硬币受到重力和水面给予的支持力作用而平衡，表面张力是水面上各部分水之间的作用力的合力，而不是硬币受到的力；当然支持力的产生是由于水的表面张力．硬币并没有浸入水中，故不受浮力作用．
【答案】　A
1．表面张力仅是产生向上的力的原因，表面张力不是向上的力，是表面各部分相互吸引的力．
2．液体表面施加的向上的力属弹力范畴，是由表面要恢复形变引起的(恢复形变的力源于表面张力)，不同于浮力．
3．浮力是浸入液体中的物体上、下表面的压强差产生的．
【备课资源】(教师用书独具)
1．影响液体表面张力大小的几个因素
表面张力系数与液体的种类(成分)有关，容易挥发的液体表面张力系数较小．表面张力系数还与液体温度、表面接触物质和杂质有关．
(1)温度
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．通常液体表面张力和温度的关系成一直线；也有的液体表面张力虽随温度增加而减小，但不是直线关系；有的液体二者间的关系则更复杂．
(2)表面接触物质
表面张力和液体表面接触的物质有关．不说明接触物质的表面张力值时，通常指的是液体和该液体的饱和蒸汽或含有其饱和蒸汽的空气接触时的数值．如果接触的物质是别的气体或液体，那么表面张力将发生变化，这有点类似于物体间的动摩擦因数，如木块与铁块、木块与冰块之间的动摩擦因数就不一样．
(3)杂质
纯净液体中溶有不同种类的物质时，由于溶液中部分
溶质分子进入到溶液的表面层．如此，表面层的结构将变化，分子组成将会改变，分子间作用力也会随之发生变化，所以表面张力将改变．如：水中溶入酸、酯等物时，其表面张力(系数)相对纯水会减小，并随溶液浓度增加而逐渐减小(20
℃以下，随着水中溶有的肥皂浓度增大，其表面张力系数将从7.275×10－2
N/m减至4.0×10－2
N/m)；水中溶入食盐、蔗糖等物时，表面张力(系数)则会稍稍变大，且随浓度加大而逐渐增大．纯净液体的表面张力系数和液体表面的大小无关，但有时表面张力系数也和表面的大小有关，溶解了活性表面物质的液体(如肥皂水)便是如此．
2．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)，表面层外气体或其他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(类似于在重力场中举起重物)，而液体分子由表面进入液体内部，其势能会减小(类似于在重力场中下落物体)．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”的状态，从而使表面层分子的总势能尽可能地减小．这一趋势宏观上表现为使表面积趋于减小，即液面具有自动收缩的趋势．