3．2 研究液体的表面性质
1．液面与固体接触处将产生浸润与不浸润现象．图3－2－7中的哪几个图表现的是浸润现象( )
图3－2－7
解析：选AC.如果液体能够浸润固体，那么固体分子对附着层里液体分子的吸引就相当强，因而附着层里的分子就比液体内部更密，在附着层里就出现液体相互排斥的力，这时，跟固体接触的液体表面有扩展的趋势．因此正确答案为选项A、C.
2．如图3－2－8甲所示，金属框上阴影部分表示肥皂膜．它被棉线分割成a、b两部分．若将肥皂膜的a部分用热针刺破，棉线的形状是图乙中的( )
图3－2－8
解析：选D.刺破后，由于表面张力使液面收缩，故图中D正确．
3．下列哪些现象主要是表面张力起的作用( )
A．小缝衣针漂浮在水面上
B．小木船漂浮在水面上
C．荷叶上的小水珠呈球形
D．慢慢向小酒杯中注水，即使水面稍高出杯口，水仍不会流出来
解析：选ACD.B选项中，小木船部分浸入水中，已破坏了水的表面张力，是水的浮力的作用，使船漂浮在水面上．
4．网孔较密的筛子里盛有少量水时，水不会从网孔中流出，试解释这一现象．
解析：网孔较小的筛子里盛有少量水时，在每个网孔下面都有微微凸出的水滴，若将凸出网孔的水滴从靠近根部的地方分隔为上下两部分，则在它们的分界线处，下部水滴要受到上部水滴根部表面的表面张力的作用，如图所示．由于表面张力F的竖直分力可与下部水滴的重力保持平衡，所以水才不会从筛子的网孔中流出．
答案：见解析
一、选择题
1．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：选D.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表现为引力；这种引力使液体表面层的相邻部分之间有相互吸引的力(即表面张力)．表面张力使液体表面具有收缩的趋势．
2．在以下事例中，不能用液体表面张力来解释的是( )
A．草叶上的露珠呈圆球形
B．油滴在水面上会形成一层油膜
C．用湿布不易擦去玻璃窗上的灰尘
D．油瓶外总是附有一层薄薄的油
解析：选B.液体的表面层由于与空气接触，所以表面层里分子的分布比较稀疏，分子间呈引力作用，在这个力的作用下，液体表面有收缩到最小的趋势，这个力就是表面张力．结合四个例子看，只有B中油膜不是收缩而是扩散，所以B不能用表面张力的理论来解释．
3．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．用滴管滴液体，滴的液滴总是球形，这是由于表面张力的缘故
解析：选BCD.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；表面张力使液滴收缩成球形．
4．液体和固体接触时，附着层具有缩小的趋势，这是因为( )
A．附着层里分子比液体内部分子稀疏
B．附着层里分子的相互作用表现为斥力
C．附着层里分子的相互作用表现为引力
D．固体分子对附着层里液体分子的引力比液体内分子之间小
解析：选AB.从题中看出液体对固体来说是不浸润的．在出现不浸润现象时，附着层里分子的分布，比液体内要稀疏，所以附着层分子受的引力比液体内分子受的引力要大些，A、B对，C、D错．
5．关于浸润与不浸润现象，下面的几种说法中正确的是( )
A．水是浸润液体
B．水银是不浸润液体
C．同一种液体对不同的固体，可能是浸润的，也可能是不浸润的
D．只有浸润液体在细管中才会产生毛细现象
解析：选C.浸润或不浸润，是指一种液体对某一种固体来说的．孤立地说某种液体浸润或不浸润都没有意义．同一种液体对不同的固体，可能浸润，也可能不浸润，例如水对玻璃浸润，而对荷叶就不浸润．浸润液体在细管中上升，不浸润液体在细管中下降，都属于毛细现象．只有选项C正确．
6.做这样的实验：如图3－2－9所示，先把一个棉线圈拴在铁丝环上，再把环在肥皂水里浸一下，使环上布满肥皂的薄膜．如果用热针刺破棉线圈里那部分薄膜，则棉线圈将成为( )
图3－2－9
A．椭圆形 B．长方形
C．圆形 D．任意形状
解析：选C.当用热针刺破棉线内的薄膜时，其周围的薄膜都具有收缩的趋势，且收缩能力相同，因此，棉线形成一个圆形，C正确．
7．玻璃烧杯中盛有少许水银，在太空轨道上运行的宇宙飞船内，水银在烧杯中呈怎样的形状(如图3－2－10所示)( )
图3－2－10
解析：选D.因为水银不浸润玻璃，所以在完全失重的情况下，水银的形状只由表面张力决定．因为表面张力作用下水银的表面要收缩至最小，所以最终水银成球形．
二、非选择题
8.如图3－2－11所示，布满肥皂膜的金属框abcd水平放置，ab边能在框上无摩擦地左右滑动，那么，ab边应向________滑动，做________运动．
图3－2－11
解析：由于表面张力作用液面要向右收缩，故ab边会向右做变加速滑动．
答案：向右 变加速
9．两个完全相同的空心玻璃球壳，其中一个盛有一半体积的水，另一个盛有一半体积的水银；将它们封闭起来，用航天飞机送到绕地球做匀速圆周运动的空间实验站中去，如图3－2－12所示的四个图中(图中箭头指向地球中心，黑色部分代表所盛液体)：
(1)水在玻璃球壳中分布的情况，可能是________．
(2)水银在玻璃球壳中分布的情况，可能是________．
图3－2－12
解析：在绕地球做匀速圆周运动的空间实验站中，球壳和其中的水、水银均处于完全失重状态；水浸润玻璃，附着层有扩大的趋势，最终水的表面积尽可能伸展到球壳上，故(1)题选C；水银不浸润玻璃，附着层有收缩的趋势，只有当它成为一个球形时表面积最小，(2)题选B.
答案：(1)C (2)B
10．水的密度比沙的密度小，为什么沙漠中的风能刮起大量沙子，而海洋上的风却只带有少量的水沫？
解析：由于海水水面有表面张力的作用，水珠之间相互吸引着，风很难把水珠刮起，只能形成海浪，所以海洋上的风只带着少量的水沫，而沙漠中的沙子却不一样，沙粒之间作用力很小，几乎没有，所以风很容易刮起大量沙子．
答案：见解析
3．2 研究液体的表面性质
教 学 目 标
知 识 脉 络
1.了解液体的微观结构.
2.知道液体的表面张力现象，理解其产生原因，并能解释相关现象．(重点、难点)
3.知道浸润和不浸润现象及产生原因，并能解释相关现象．(重点、难点)
4.知道毛细现象及其产生原因，并能解释相关现象．(重点、难点)
液体表面张力的产生原因
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：使液体表面具有收缩趋势的力叫做表面张力．
(2)作用效果：液体的表面就像紧绷着的橡皮膜，它有着一种收缩的趋势．
(3)方向：表面张力的方向总是沿着与液面相切的方向，作用在液面一条分界线上的表面张力，总是跟这条分界线垂直．
1．液体表面张力具有使液体表面收缩的趋势．(√)
2．木块浮在水面上是液体表面张力的原因．(×)
3．液体分子间的相互作用力比固体分子间作用力弱．(√)
我们看到的小草上的露珠为什么都是球形的？
【提示】 这是由于液体表面张力的作用．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，球形的表面积最小．所以露珠呈球形．
1．表面张力的形成
(1)表面特性及表面张力．
图3-2-1
如图3-2-1所示，在液体内部，液体分子所受的分子力是平衡的，而在表面层里，液体分子所受的分子力是不平衡的，来自液体内部分子的引力要大于来自更接近表面的分子的引力，因此它们有着进入液体内部的趋势，致使液体表面像一张绷紧的膜，这就是液体表面有收缩趋势的微观本质，这种液体表面相互吸引的力，叫做表面张力．
图3-2-2
如果在液面上画一条分界线MN，把液面分为A和B两个部分(如图3-2-2)，那么，由于表面层中分子间的引力，液面A对液面B有引力F1，液面B对液面A有引力F2，由于MN处于静止状态，所以F1和F2大小相等，方向相反，它们就是表面张力．
(2)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．
2．表面张力及其作用
(1)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，球形的表面积最小．
例如，吹出的肥皂泡呈球形，滴在洁净玻璃板上的水银滴呈球形．但由于受重力的影响，往往呈扁球形，在失重条件下才呈球形．
(2)表面张力的大小除了跟边界线长度有关外，还跟液体的种类、温度有关．
3．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)．
1．下列现象中，哪些是液体的表面张力造成的( )
A．两滴水银相接触，立即会合并到一起
B．熔化的蜡从燃烧的蜡烛上流下来，冷却后呈球形
C．用熔化的玻璃制成各种玻璃器皿
D．水珠在荷叶上呈球形
E．木船漂浮在水面上
【解析】 用熔化的玻璃制成各种器皿，跟各种模型有关，并非表面张力造成的，E项是浮力等于重力的结果，故本题选A、B、D.
【答案】 ABD
2．关于液体表面张力产生的原因：液体表面层分子比较 (填“稀疏”或“紧密”)，分子间引力 斥力(填“大于”或“小于”)．
【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．
【答案】 稀疏 大于
表面张力的特点
1．表面张力是液体分子间的作用力的宏观表现．
2．表面张力的方向与液面相切，垂直于分界线．
3．表面张力的大小由分界线的长度、液体的种类、纯净度和温度等因素来决定．
4．表面张力的作用是使液体表面积有收缩到最小的趋势．
浸润与不浸润
1．定义
(1)浸润：液体附着在固体表面上的现象．
(2)不浸润：液体不附着在固体表面上的现象．
2．产生的原因
(1)三个相关概念
①附着层：当液体跟固体接触时，在接触处形成的液体薄层．
②内聚力：附着层中的液体分子受到的液体内部分子的吸引力．
③附着力：附着层中的液体分子受到的固体分子的吸引力．
(2)产生原因分析：由于内聚力与附着力的大小不同
①当内聚力大于附着力时，液体不浸润固体．
②当内聚力小于附着力时，液体浸润固体．
1．水是浸润液体，水银是不浸润液体．(×)
2．在内径小的容器里，如果液体能浸润器壁，液面呈凸形．(×)
3．如果固体分子对液体分子间的引力比较弱，就会形成不浸润现象．(√)
液体是否浸润固体，取决于什么？
【提示】 液体能否浸润固体，取决于两者的性质，而不单纯由液体或固体单方面性质决定．例如：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．
1．附着层
液体跟固体接触处形成的液体薄层，叫附着层．附着层中的液体分子同时受到液体内部分子的吸引力(内聚力)和固体分子的吸引力(附着力)．
2．浸润和不浸润的原因分析
如果受到的固体分子的吸引比较弱，附着层里的分子就比液体内部稀疏，在附着层里就出现跟表面张力相似的收缩力，这时跟固体接触的液体表面(即附着层)有缩小的趋势，形成不浸润现象．相反，如果受到的固体分子的吸引相当强，附着层里的分子就比液体内部密，在附着层里就出现液体相互排斥的力，这时跟固体接触的液体表面有扩展的趋势，产生浸润现象．
3．玻璃上不附着水银，发生这种不浸润现象的原因是( )
A．水银具有流动性
B．玻璃表面光滑
C．水银与玻璃接触时，附着层里水银分子受到玻璃分子的引力较弱
D．水银与玻璃接触时，附着层里的分子比水银内部稀疏
E．附着层中分子之间表现为引力，具有收缩趋势
【解析】 发生不浸润现象的原因是附着层里的分子受固体分子的引力较小，使附着层里的液体分子比液体内部稀疏，附着层里的液体分子间表现为引力．附着层在引力作用下收缩，从而出现不浸润现象．故A、B错，C、D、E正确．
【答案】 CDE
4．以下各种说法中正确的是( )
A．因为水银滴在玻璃板上成椭球状，所以说水银是一种不浸润液体
B．水滴在玻璃板上不能形成水珠，而是成一片，故水是一种浸润液体
C．液体对固体是否发生浸润现象，是由液体和固体两者的性质共同决定的
D．在人造卫星中，由于一切物体都处于完全失重状态，所以一个固定着的容器中装有浸润其器壁的液体时，必须用盖子盖紧，否则容器中的液体一定会沿器壁流散
E．当A液体和B固体接触时，发生浸润现象还是发生不浸润现象，关键取决于B固体分子对附着层A液体分子的吸引力比液体内的分子对附着层分子吸引力大些还是小些
【解析】 水银不浸润玻璃，但可能浸润其他固体，所以A错，B错，C对；在处于完全失重状态的人造卫星上，如果液体浸润其器壁，液体和器壁的附着层就会扩张，沿着器壁流散，故必须用盖子盖紧，D正确；E选项正确，说明了发生浸润和不浸润现象的微观原理．
【答案】 CDE
分析浸润与不浸润问题的要点归纳
(1)同一种固体，对有些液体浸润，对有些液体不浸润；同一种液体，对一些固体是浸润的，对另一些固体是不浸润的．
(2)液体浸润固体，附着层面积要扩张；不浸润固体，附着层面积要收缩．
(3)发生浸润还是不浸润是看固体分子和液体内部分子对附着层分子的吸引力的强弱．
毛细现象
1．定义
浸润液体在细管里上升的现象和不浸润液体在细管里下降的现象．
2．毛细管
能够发生毛细现象的管．
3．特点
水在玻璃管中会出现凹形弯月面；水银在玻璃管中则会出现凸形弯月面．且管的内径越小，前者水面越高，后者水银面越低．
1．毛细现象只指浸润液体在细管里上升的现象．(×)
2．管内径越小，毛细现象越明显．(√)
3．建筑房屋时地基上铺一层油毡是防止毛细现象．(√)
要想把凝在衣料上的蜡去掉，可以把两层棉纸分别放在蜡迹的上面和下面，然后用热熨斗在棉纸上来回熨烫．为什么这样做可以去掉衣料上的蜡呢？
【提示】 放在衣料上、下面的棉纸内有许多细小的孔起着毛细管的作用，当蜡受热熔化成液体后，由于毛细现象，它们就会被棉纸吸掉．
1．毛细现象的特点
(1)浸润液体在毛细管里上升后，形成凹月面，不浸润液体在毛细管里下降后形成凸月面的现象．
(2)毛细管内外液面的高度差与毛细管的内径有关，内径越小，高度差越大．
2．毛细现象产生的原因
浸润液体与毛细管内壁接触时，液体表面发生弯曲，呈凹形．液体表面就像一张张紧了的凹形的弹性薄膜，表面张力的收缩作用总是力图使凹形表面的面积缩小，对表面下的液体产生向上的提拉作用(如图3-2-3所示)，
图3-2-3
于是管内液体上升，直到表面张力向上的提拉作用与管内升高的液柱所受的重力达到平衡时，管内液体才停止上升，稳定在一定的高度．不浸润液体在毛细管里下降则是由于表面张力的收缩作用总是力图使凸形表面的面积减小，对表面下的液体产生向下的作用导致的(如图3-2-4所示)．
图3-2-4
【说明】 毛细现象是浸润和不浸润与表面张力共同作用的结果，仍是分子间存在相互作用的体现．
5．下列现象中与毛细现象有关的是( )
A．砖块吸水
B．毛巾的一只角浸入水中，水会沿毛巾上升，使毛巾湿润
C．洗净的衣服在太阳下被晒干
D．自来水笔从墨水瓶里把墨水吸入笔中
E．植物体能通过根、茎输送水分
【解析】 砖块、毛巾、棉花、木材、植物根和茎等物体内部有许多细小的孔道，可起到毛细管的作用，水会在这些细小的管道中上升，A、B、E正确；洗净的衣服在太阳下被晒干，这是蒸发现象，C错；自来水笔是靠大气压强把墨水吸入笔中的，故D错．
【答案】 ABE
6．对毛细管的有关说法，错误的是 ( )
A．毛细管越细，产生的毛细现象就越显著
B．毛细管必须用玻璃材料制作
C．毛细管的形状必须是直的，不能有弯曲
D．如果毛细管足够细，则管内液面一定升得更高
E．如果毛细管足够细，则管内液面可能降得更低
【解析】 毛细管越细，毛细现象越明显，但管内液面有的升、有的降，A、E正确，D错；对毛细管的要求是细到明显发生毛细现象，跟毛细管的材料与曲直无关，B、C错．因选错误的，故选B、C、D.
【答案】 BCD
毛细现象问题的分析
1．成因：由于液体对毛细管材料表现出浸润或不浸润现象，导致液体在毛细管中上升或下降．
2．现象：浸润时液面上升，不浸润时液面下降．
3．影响因素：液面在毛细管中上升或下降的高度与液体和固体的材料有关，也和毛细管的粗细有关．
