《《液體的表面張力》PPT課件.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《液體的表面張力》PPT課件.ppt（36頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、熱學(xué),講課順序：1、按照競賽真題題型來講 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),表面張力現(xiàn)象,為什么水面上的小昆蟲能在水面上行走，而不會(huì)沉入水中？,牛奶滴落在盤中的瞬間飛濺情形，呈現(xiàn)球狀，在盤上方的牛奶呈現(xiàn)近乎完美的球形？,表面張力的演示實(shí)驗(yàn)（1）,圓形金屬框上沾有肥皂泡沫，若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表面張力拉成圓形；,,表面張力的演示實(shí)驗(yàn)（2）,橄欖油滴浮在同密度的水和酒精的混合液體中，由于表

2、面張力的作用，油滴形成完美的球形。,一、表面張力,1.現(xiàn)象：,說明：液面上存在沿表面的收縮力作用，這種力只存在于液體表面。,(2).液面像緊繃的彈性薄膜。,(1).液體表面有收縮到最小的趨勢；,2.表面張力,(1)表面層：在液體與氣體交界面，厚度等于分子有效作用距離(=10-8 m) 的一層液體。,(2)表面張力：液體的表面層中有一種使液面盡可能收縮成最小的宏觀張力。,,分子力觀點(diǎn)： 表面張力是由于液體表面層內(nèi)分子間相互作用與液體內(nèi)部分子間相互作用不同。,(3)表面張力產(chǎn)生的微觀本質(zhì),任何系統(tǒng)的勢能越小越穩(wěn)定，所以表面層內(nèi)的分子有盡量擠入液體內(nèi)部的趨勢，即液面有收縮的趨勢，使液面呈緊張狀態(tài)，宏

3、觀上就表現(xiàn)為液體的表面張力。 體積一定, 球體的表面積最小;,從能量觀點(diǎn)來分析,把分子從液體內(nèi)部移到表面層，需克服 f 作功;外力作功,分子勢能增加,即表面層內(nèi)分子的勢能比液體內(nèi)部分子的勢能大，表面層為高勢能區(qū);,設(shè)想在液面上畫一條直線段，線段兩側(cè)液面均有收縮的趨勢，即有表面張力作用，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，這恰為一對作用力與反作用力， F = -F。,(4). 表面張力系數(shù)（定義一）, 為表面張力系數(shù)，表示液體表面單位長度直線段上的表面張力，單位：N / m 。,由于線段上各點(diǎn)均有表面張力作用,線段越長,則合力越大。設(shè)線段長為l ,則：F = l 。,

4、如圖所示，鐵絲框上掛有液膜，表面張力系數(shù)為 ，將AB邊無摩擦、勻速、等溫地右移x，在AB邊上加的力為：F =2 l ，則在這個(gè)過程中外力F 所做的功為:,其中S = 2lx ,是AB 向右移動(dòng)過程中液面面積的增量。外力克服分子間引力做功，液體表面能增加，若用E 表示表面能增量，則：,表面張力系數(shù)在數(shù)值上等于增加單位液體表面積時(shí)，外力所需做的功，或增加單位液體表面積時(shí)，所增加的表面能比表面能；,(5). 表面張力系數(shù)與表面能增量（定義二）,二：附加壓強(qiáng)的產(chǎn)生,在液體表面上取一小面積S ,由于液面水平，表面張力沿水平方向， S 平衡時(shí)，其邊界表面張力相互抵消,S 內(nèi)外壓強(qiáng)相等： PB

5、= PA,1.平液面,2. 液面彎曲,1)凸液面時(shí)，如圖S周界上表面張力沿切線方向，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)。,2）凹液面時(shí)，如圖S周界上表面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；,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，其表面張力系數(shù)為，是凸液面，則液滴表面層內(nèi)

6、外的壓強(qiáng):,,在液體表面，取微小球冠形液體元，球冠的邊緣線l存在表面張力F，沿球冠表面切線方向。 由于球冠很小，忽略其重力。 受力分析：,表面張力F,,沿邊緣線一周，F(xiàn)//相互抵消，作用在球冠邊緣線上 的表面張力的合力為：,受力平衡：,,,球形液面附加壓強(qiáng)與表面張力系數(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?。?半徑無限大時(shí)，附加壓強(qiáng)等于零，這正是水平液面的情況。,拉普拉斯公式,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)表面，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

7、 、PB 、PC ，則：,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;,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。,補(bǔ)充例4 如圖，在內(nèi)半徑r0.3mm的細(xì)玻璃管中注水，一部分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度h。設(shè)水的表面張力系數(shù) 7310-3 Nm.,,,潤濕: 液體沿固體表面延展的現(xiàn)象，稱液體潤濕固體。(水玻璃),五、潤濕與不潤

8、濕,1. 定義,不潤濕：液體在固體表面上收縮的現(xiàn)象，稱液體不潤濕固體。(水石蠟),潤濕、不潤濕與相互接觸的液體、固體的性質(zhì)有關(guān)。,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,潤濕、不潤濕是由于分子力不對稱而引起。,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。,,,,,(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)部分子勢能小于附著層中分子勢能，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)為液體不潤濕固體。,(1)當(dāng) f附 f內(nèi),A 分子

9、所受合力 f 垂直于附著層指向固體，液體內(nèi)部分子勢能大于附著層中分子勢能，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)為液體潤濕固體。,在液體與固體接觸面的邊界處，作液體表面及固體表面的切線，這兩切線通過液體內(nèi)部的夾角稱接觸角 ，用 表示。,,,3. 接觸角,,,,,,,,,,,,,,,O,O,注意： 兩切線通過液體內(nèi)部的夾角稱接觸角,,,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,潤濕管壁的液體在細(xì)管里升高，不潤濕管壁的液體在細(xì)管里下降的現(xiàn)象。,原因：表面張力及潤濕、不潤濕。,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,2

10、.管內(nèi)液面上升（或下降）的高度,(1)液體潤濕管壁,半徑為r的毛細(xì)管剛插入水中時(shí)，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：,(2)液體不潤濕管壁,毛細(xì)管剛插入水銀中時(shí)， 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：,朱倫公式；,毛細(xì)管中液面上升高度與表面張力系數(shù)成正比； 與毛細(xì)管半徑成

11、反比，并與接觸角有關(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定液體表面張力系數(shù)；,h0, 液面上升 h<0, 液面下降,補(bǔ)充例題, 如圖, 盛有水的U形管中，細(xì)管的內(nèi)半徑rA=5.0 10-5m，粗管的內(nèi)半徑rB2.0 10-4m。設(shè)水能完全潤濕玻璃管壁，且巳知水的表面張力系數(shù)73 10-3Nm, 試求左右兩管水面的高度差h。,,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^孔隙進(jìn)入機(jī)器零件中潤滑機(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。,一、毛細(xì)管

12、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,形成對稱的彎液面，欲使液柱向右移動(dòng)， 則在左側(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來抵抗P ,當(dāng)P 達(dá)到一定程度時(shí)，液柱才能移動(dòng)。,當(dāng)毛細(xì)管中有很多氣泡，則外加幾個(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。,（1）肌注、輸液、輸血時(shí)要防止氣泡進(jìn)入。,3、要注意避免氣體栓塞,（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，避免血管中氣泡形成。,（3）植物體內(nèi)輸送營養(yǎng)液的導(dǎo)管很細(xì)，若溫度突然升高，溶解在液汁中的氣體會(huì)析出形成氣泡，導(dǎo)管栓塞

13、，一部分枝葉因缺乏營養(yǎng)液的補(bǔ)充而凋萎。,小 結(jié),一、表面張力,1. 表面張力: f =l,2. 表面能:,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:,三、潤濕與不潤濕,,,四、毛細(xì)現(xiàn)象,(1)液體潤濕管壁:,(2)液體不潤濕管壁:,,2、同一液體的兩個(gè)球形膜碰在一起后形 成如圖所示的對稱連體膜，連體膜的兩個(gè)球面（實(shí)為超過半球面的部分球面）的半徑均為R，中間圓膜半徑為r，圓膜邊緣恰好為一勻質(zhì)柔軟細(xì)線所占。已知液體的表面張力系數(shù)為，不計(jì)重力，試求細(xì)線中的張力T。,3、在水平放置的潔凈的平玻璃板上倒入一些水銀，由于重力與表面張力的影響，水銀 近似呈圓餅形狀（側(cè)面向外突出），過圓餅軸線的豎直截面如圖所示，為了計(jì)算方便，水 銀和玻璃的接觸角可按1800計(jì)算，已知水銀的密度=13.6103kg/m3，水銀的表面張力系數(shù) =0.49N/m，當(dāng)圓餅的半徑很大時(shí)，試估算其厚度h的數(shù)值大約是多少？（取1為有效數(shù)字）,