第二章液体的性质课件.ppt

1、第二章第二章液体的性质液体的性质清晨，可以看到小草叶片上的露珠是球形的，在郊外小池塘的水面上跳来跳去的小昆虫不会沉入水里去，为什么？液体的性质与其微观结构有关液体的性质与其微观结构有关液体具有一定的体积，不易压缩。液体具有一定的体积，不易压缩。液体没有一定形状，并具有流动性。液体没有一定形状，并具有流动性。概概 述述由于液体分子间距小，分子间相互作用力较大，由于液体分子间距小，分子间相互作用力较大，当液体与气体、固体接触时，交界处由于当液体与气体、固体接触时，交界处由于分子力分子力作用作用而产生一系列特殊现象，即：液体表面现象。而产生一系列特殊现象，即：液体表面现象。n将一个拴有松弛棉线的铁丝

2、环浸入肥皂液中再轻轻提上来，使环上布满肥皂膜，如图所示。用热针刺破棉线右侧的薄膜，观察到什么现象？第一节第一节 液体的表面张力液体的表面张力一、表面张力一、表面张力1.1.现象：现象：说明：液面上存在沿表面的收缩力作用，这种说明：液面上存在沿表面的收缩力作用，这种力只存在于液体表面力只存在于液体表面液面像紧绷的橡皮膜具有弹性液面像紧绷的橡皮膜具有弹性液面有收缩到最小的趋势液面有收缩到最小的趋势2.2.表面张力表面张力表面层：在表面层：在液体与气体或固体交界面液体与气体或固体交界面，厚度等厚度等于于分子力分子力有效作用半径有效作用半径R 的一层液体。的一层液体。表面张力：液体的表面层中有一种使液

3、面尽可表面张力：液体的表面层中有一种使液面尽可能收缩成最小的宏观张力。能收缩成最小的宏观张力。从分子运动论观点说明从分子运动论观点说明分子作用球分子作用球表面张力产生的原因表面张力产生的原因f从能量观点来分析从能量观点来分析表面张力是宏观力，与液面表面张力是宏观力，与液面相切相切;f 是微观力，与液面是微观力，与液面垂直垂直线段两侧液面均有收缩的趋势，线段两侧液面均有收缩的趋势，即有表面张力作用，分别用即有表面张力作用，分别用f 和和f表示，这恰为一对作用力与表示，这恰为一对作用力与反作用力，反作用力，f =-f。表面张力系数表面张力系数为表面张力系数，数值上等于单位长度直线为表面张力系数，数

4、值上等于单位长度直线段两侧液面的表面张力，单位：段两侧液面的表面张力，单位：N/m 。ff fl线段越长线段越长,则合力越大。设线段长为则合力越大。设线段长为l 与液体的性质有关与液体的性质有关 不同液体，不同液体，值不同；值不同；与相邻物质性质有关与相邻物质性质有关 同一液体与不同物质交界，同一液体与不同物质交界，值不同。值不同。与温度有关与温度有关 温度升高，温度升高，值减小，两者近似呈线性关系。值减小，两者近似呈线性关系。与液体内所含杂质有关与液体内所含杂质有关 在液体内加入杂质，液体的表面张力系数将显在液体内加入杂质，液体的表面张力系数将显著改变，有的使其著改变，有的使其值增加；有的使

5、其值增加；有的使其值减小。值减小。影响表面张力系数的因素影响表面张力系数的因素 任何系统的势能越小越稳定，所以表面层任何系统的势能越小越稳定，所以表面层内的分子有尽量挤入液体内部的趋势，即液内的分子有尽量挤入液体内部的趋势，即液面有收缩的趋势，这种趋势在宏观上就表现面有收缩的趋势，这种趋势在宏观上就表现为液体的表面张力。为液体的表面张力。1.1.表面张力产生的原因表面张力产生的原因（从能量观点来分析）（从能量观点来分析）把分子从液体内部移到表面层，需外力作把分子从液体内部移到表面层，需外力作功功,分子势能增加分子势能增加,即表面层内分子的势能比即表面层内分子的势能比液体内部分子的势能大，表面层

6、为高势能区液体内部分子的势能大，表面层为高势能区;分子势能的增量总称为分子势能的增量总称为表面能表面能。二、表面能二、表面能如图如图:铁丝框上挂有液膜，铁丝框上挂有液膜，表面张力系数为表面张力系数为，将，将ABAB边边无摩擦、匀速、等温地右移无摩擦、匀速、等温地右移xf fxAABB在在AB边上加的力为：边上加的力为：f=2=2l外力外力f所做的功为所做的功为:2WfxlxS表面能增量：表面能增量：EWSEWSS表面张力系数表面张力系数2.2.表面张力系数与表面能增量表面张力系数与表面能增量例：半径为例：半径为r=2.0r=2.0*1010-6-6m m的许多小水滴融成一个半径的许多小水滴融成

7、一个半径为为R=2.0R=2.0*1010-3-3m m的大水滴时，释放的能量是多少？的大水滴时，释放的能量是多少？2223312444433()r nSRRr nESSS1S该题表明，小水滴融合成大水滴时，将释放出能量。反之，该题表明，小水滴融合成大水滴时，将释放出能量。反之，要将大水滴分解为很多小水滴则需要外界的能量。要将大水滴分解为很多小水滴则需要外界的能量。思路：思路：n n个均匀小水滴融成一个大水滴，表面积个均匀小水滴融成一个大水滴，表面积减小了，表面能减少，但体积不发生变化。减小了，表面能减少，但体积不发生变化。三、表面张力系数的测定（液滴测定法）三、表面张力系数的测定（液滴测定法

8、）质量为质量为m m的待测液体吸入移液管，的待测液体吸入移液管，由管口下端缓慢流出，形成袋状水由管口下端缓慢流出，形成袋状水滴。当表面张力不足以支持重力时，滴。当表面张力不足以支持重力时，水滴下落水滴下落fGfdm gGnm gdnm gnd 例：用相同的两根移液管，各吸取体积为V的蒸馏水及待测表面张力系数的农用药液，分别将两种液体缓缓滴尽，记下蒸馏水的滴数N1及药液的滴数N2，已知水的表面张力系数1212dd水水药液断裂断裂药液求：？111111122222222211112212121212mgV gNdNdmgV gNdNdNdNdddNN自然界中有许多情况下液面是弯曲的，弯曲液面自然界

9、中有许多情况下液面是弯曲的，弯曲液面内外存在一压强差，称为附加压强内外存在一压强差，称为附加压强,用用Ps 表示。表示。一、弯曲液面的附加压强一、弯曲液面的附加压强0PS Pff第二节第二节 弯曲液面的附加压强弯曲液面的附加压强附加压强附加压强Ps是由于表面张力存在而产生的。是由于表面张力存在而产生的。00sPPP1 1、平液面、平液面2 2、弯曲液面、弯曲液面1)凸液面0sPPP2）凹液面0sPPPS 0PsPPffS 0PsPPff结论：结论：附加压强使弯曲液面内外压强不等，附加压强使弯曲液面内外压强不等，附加附加压强方向恒指向曲率中心压强方向恒指向曲率中心1.1.球形液面附加压强球形液面

10、附加压强如图球形液面上的一小液如图球形液面上的一小液面，在周界上取一线元面，在周界上取一线元dl，作用在作用在dl上的表面张力上的表面张力dldfc/dfoRjdldfdfr/dlj j j jcoscosdfdf j j sinj jsindldfdf 力的方向垂直力的方向垂直dl且与球面相切。将且与球面相切。将dfdf分解为半径分解为半径r r垂直和平行的两个垂直和平行的两个分力分力/df与与dff d二、拉普拉斯公式二、拉普拉斯公式由圆对称性，在圆周界上的由圆对称性，在圆周界上的其他线元上，作用着同样大其他线元上，作用着同样大小的表面张力，这些力的水小的表面张力，这些力的水平分力相互抵消

11、，垂直分力平分力相互抵消，垂直分力方向相同，合力为：方向相同，合力为：220dsin dsin22,sin由于rrRffrrRfl j j j j j j j jOCRj jdldfrdf df22 rfR 意义：意义：球形液面附加压强与表面张力系数成正球形液面附加压强与表面张力系数成正比，与球面半径比，与球面半径R R成反比。成反比。0022凸液面：凹液面：ppRppR 22222sprRfrR r 拉普拉斯球面附加压强公式拉普拉斯球面附加压强公式讨论：讨论：半径越小，附加压强越大；半径越大，附加半径越小，附加压强越大；半径越大，附加压强越小压强越小.半径无限大时，附加压强等于零，这正半径无

12、限大时，附加压强等于零，这正是水平液面的情况。是水平液面的情况。2.2.球形液膜球形液膜内、外压强差内、外压强差 如图如图,由于球形液膜很薄，内由于球形液膜很薄，内外膜半径近似相等外膜半径近似相等RO ACB2BAPPR2BCPPR22ACPPRR4CAPPR举例举例吸气时吸气时R （内外压强差（内外压强差 ）不利于下）不利于下一步呼气；表面活性物质浓度一步呼气；表面活性物质浓度 （内外压强差（内外压强差），利于下一步呼气。），利于下一步呼气。呼气时，呼气时，R （内外压强差（内外压强差）不利于下）不利于下一步吸气；表面活性物质浓度一步吸气；表面活性物质浓度 （内外压强差（内外压强差）利于下一

13、步吸气。）利于下一步吸气。PsPsPsPs3 3、动物肺泡的活动：、动物肺泡的活动：例题：温度为18 时，一滴水珠内部压强为外部大气压的两倍。求水珠的半径R？（大气压强P0=1.013105Pa）00602221.44 10()P PRPPRmP 润湿润湿:液体沿固体表面液体沿固体表面延展的现象，称液体润延展的现象，称液体润湿固体。湿固体。一、润湿与不润湿一、润湿与不润湿1 1、定义定义不润湿：液体在固体表不润湿：液体在固体表面上收缩的现象，称液面上收缩的现象，称液体不润湿固体。体不润湿固体。润湿、不润湿与相互接触的液体、固体的性质有关。润湿、不润湿与相互接触的液体、固体的性质有关。第三节第三

14、节 毛细现象毛细现象2、接触角、接触角在液体与固体接触面的边界处任取一点，作液在液体与固体接触面的边界处任取一点，作液体表面及固体表面的切线，这两切线通过液体体表面及固体表面的切线，这两切线通过液体内部的夹角称接触角内部的夹角称接触角 ，用，用 表示。表示。2液体润湿固体液体润湿固体0液体完全润湿固体液体完全润湿固体2液体不润湿固体液体不润湿固体液体完全不润湿固体液体完全不润湿固体000000108111759012814800 在空气中液体和固体的接触角固体接触角水石蜡 玻璃很小人的皮汞玻璃苯 石墨 石蜡内聚力：附着层内分子所受液体内聚力：附着层内分子所受液体 分子引力之和。分子引力之和。3

15、、微观解释、微观解释润湿、不润湿是由于分子力不对称而引起。润湿、不润湿是由于分子力不对称而引起。附着力：附着层内分子所受固体附着力：附着层内分子所受固体 分子引力之和。分子引力之和。附着层：在固体与液体接触处，厚度等于液体附着层：在固体与液体接触处，厚度等于液体 或固体分子有效作用半径（以大者为准）的一或固体分子有效作用半径（以大者为准）的一层液体。层液体。A A 附附f内内f附附f内内f内聚力：内聚力：附着层内分子所受附着层内分子所受液体分子引力之和。液体分子引力之和。3.3.微观解释微观解释润湿、不润湿是由于分子力不对称而引起。润湿、不润湿是由于分子力不对称而引起。附着力：附着力：附着层内

16、分子所受附着层内分子所受固体分子引力之和。固体分子引力之和。在固体与液体接触处，厚度等于液体在固体与液体接触处，厚度等于液体 或固体分子有效作用半径的一层液体。或固体分子有效作用半径的一层液体。附附f内内fA 表面层：表面层：在液体与气体交界面，厚度等于分子有在液体与气体交界面，厚度等于分子有效作用半径效作用半径R R 的一层液体。的一层液体。附着层：附着层：f Af Af Af Af A当当 f f附附 f f内内,宏观上表现为液体润宏观上表现为液体润湿固体。湿固体。f A当当 f f内内 f f附附,宏观上表现为液体不润宏观上表现为液体不润湿固体。湿固体。0fnrfrrS 斥0fnrfrr

17、S 引二、毛细现象二、毛细现象1 1、定义、定义润湿管壁的液体在细管里上升，润湿管壁的液体在细管里上升，不润湿管壁的液体在细管里降低的现象称为毛细现象不润湿管壁的液体在细管里降低的现象称为毛细现象水润湿毛细管水润湿毛细管水银不润湿毛细管水银不润湿毛细管(1)液体润湿管壁液体润湿管壁C B A hrR 0002222 cos,cos.ABACPPRPPghPghPPRhRrgRgr 其中220,.cosrRr hgRgr完全润湿完全润湿2.2.管内液面上升（或下降）的高度管内液面上升（或下降）的高度C B A A hrR (2)(2)液体不润湿管壁液体不润湿管壁00222 coscoscos()

18、cosAACPPRPPghPghhgRgrRRRr 其中22,.cosrRr hgRgr 完全不润湿完全不润湿例：一根U型玻璃管左右内半径分别为R=1.5mm和r=0.50mm，如图所示，试求两管中水面得高度差h？假设水完全润湿管壁000222122()(3 0 0,)2.0CABCBAPPRPPrPPg hPg hrPPhgrRTKNmhc m37 31 0水例：内半径为r的毛细管注入某种液体,液体完全润湿管壁.管得下端形成一个液滴,其形状可视为半径为R的球面的一部分.求管中液柱长度h？002222211()ABABABPPRPPrPPg hPPRrhgggRr第四节第四节 悬着水和气体栓塞

19、现象悬着水和气体栓塞现象水沿土壤颗粒间隙形成的毛细管上升，叫水沿土壤颗粒间隙形成的毛细管上升，叫毛细管上升毛细管上升水水。土壤毛细管中存在的水叫土壤毛细管中存在的水叫悬着水悬着水，其在土壤毛细，其在土壤毛细管中能保持的原因是：管中能保持的原因是：02AAPPR一、悬着水一、悬着水02BBPPRBAPPABRRBAPPgh211()ABhgRR例例:病人输液；潜水员由深水上浮；植物高温下枯萎。病人输液；潜水员由深水上浮；植物高温下枯萎。二、毛细管的气体栓塞现象二、毛细管的气体栓塞现象 当毛细管中有很多气泡，则外加几个大气压都不当毛细管中有很多气泡，则外加几个大气压都不能使液柱移动，形成栓塞能使液

20、柱移动，形成栓塞,称称气体栓塞现象气体栓塞现象。第五节第五节 弯曲液面上的饱和蒸汽压弯曲液面上的饱和蒸汽压一、蒸发和凝结一、蒸发和凝结 液体变成气体的过程称液体变成气体的过程称汽化过程汽化过程。常温下的。常温下的汽化过程称汽化过程称蒸发蒸发，其逆过程称凝结。，其逆过程称凝结。nn回逸（2）凝结；nn回逸（1）蒸发；饱饱和和蒸蒸汽汽压压。饱饱和和蒸蒸汽汽饱饱和和（动动平平衡衡）在在密密闭闭容容器器中中，当当）（逸逸回回 nn3 非密闭容器非密闭容器 密闭容器密闭容器二、弯曲液面上的饱和蒸汽压二、弯曲液面上的饱和蒸汽压1 1 定性分析定性分析(1)(1)微观分析微观分析凹液面上的饱和蒸汽压凹液面上

21、的饱和蒸汽压小于小于平液面上的饱和蒸汽压。平液面上的饱和蒸汽压。凸液面上的饱和蒸汽压凸液面上的饱和蒸汽压大于大于平液面上的饱和蒸汽压。平液面上的饱和蒸汽压。(2)(2)宏观分析宏观分析压压小小。，阻阻止止蒸蒸发发，饱饱和和蒸蒸汽汽凹凹液液面面：外外内内PP 压压大大。，促促进进蒸蒸发发，饱饱和和蒸蒸汽汽凸凸液液面面：外外内内PP 2 2定量分析定量分析(1)(1)凹液面凹液面A B D CP CPh 0 002CCPPR2CBADCPPPPghPghR0CCPPgh02hgR（）设弯曲液面上的饱和蒸汽压为设弯曲液面上的饱和蒸汽压为平液面上的饱和蒸汽压为平液面上的饱和蒸汽压为CPCP02R(2)

22、凸液面B D A 0 CPCPh0CCPPgh2CBADCPPPgh PghPghR02hgR（）002CCPPR02R弯曲液面上的饱和蒸汽压弯曲液面上的饱和蒸汽压 凹液面凹液面:凸液面凸液面:00022CCPPRR00022CCPPRR02hgR（）02hgR（）本章小结本章小结1 1、表面张力、表面张力f =l 2 2、表面能增量、表面能增量ES3 3、弯曲液面的压强、弯曲液面的压强平液面平液面:0PP凸液面凸液面:0sPPP凹液面凹液面:0sP P P 4 4、单球形液面、单球形液面:凸液面（气中液滴）凸液面（气中液滴）02P PR凹液面（液中气泡）凹液面（液中气泡）02P PR5 5、

23、双球面（球形液膜）、双球面（球形液膜）4inexP PR6 6、润湿与不润湿、润湿与不润湿2液体润湿固体液体润湿固体0液体完全润湿固体液体完全润湿固体2液体不润湿固体液体不润湿固体液体完全不润湿固体液体完全不润湿固体7 7、毛细现象、毛细现象液体润湿管壁液体润湿管壁22 coshgRgr完全润湿管壁完全润湿管壁22hgRgr液体不润湿管壁液体不润湿管壁22 coshgRgr完全不润湿管壁完全不润湿管壁22hgRgr8 8、弯曲液面上的饱和蒸汽压、弯曲液面上的饱和蒸汽压凹液面凹液面:00022CCPPRR 凸液面凸液面:00022CCPPRR思考题：思考题：大学物理大学物理2-1,2-3,2-42-1,2-3,2-4，2-62-6练习题：练习题：大学物理大学物理2-1,2-2,2-3,2-4,2-52-1,2-2,2-3,2-4,2-5作业题：作业题：大学物理学习指导大学物理学习指导第第7777页：三、六页：三、六 作作 业业