1液体的表面张力课件.ppt

1、热热学学讲课顺序：讲课顺序：1、按照竞赛真题题型来讲、按照竞赛真题题型来讲 抓住重点、突破难点抓住重点、突破难点 2、新增内容、新增内容 真题研究：真题研究：1、题目的构成、题目的构成 2、包含的概念、规律、方法、包含的概念、规律、方法 3、重点难点、重点难点 4、易错点、易错点 5、拓展点、拓展点2019-12019-2表面张力现象表面张力现象为什么水面上的小昆虫能在水面上为什么水面上的小昆虫能在水面上行走，而不会沉入水中？行走，而不会沉入水中？牛奶滴落在盘中的瞬间飞牛奶滴落在盘中的瞬间飞溅情形，呈现球状，在盘溅情形，呈现球状，在盘上方的牛奶呈现近乎完美上方的牛奶呈现近乎完美的球形？的球形？

2、2019-3表面张力的演示实验（表面张力的演示实验（1）圆形金属框上沾有肥皂泡沫，若将膜面上的棉线圈内部的圆形金属框上沾有肥皂泡沫，若将膜面上的棉线圈内部的膜戳破，那么棉线圈将被液体的表面张力拉成圆形；膜戳破，那么棉线圈将被液体的表面张力拉成圆形；2019-4表面张力的演示实验（表面张力的演示实验（2）橄榄油滴橄榄油滴浮在浮在同密度同密度的水和酒精的水和酒精的混合液体中，由于表面张力的的混合液体中，由于表面张力的作用，油滴形成作用，油滴形成完美的球形完美的球形。2019-5一、表面张力一、表面张力1.1.现象：现象：说明：说明：液面上存在沿表面的收缩力作用，这种力液面上存在沿表面的收缩力作用，

3、这种力只存在于液体表面。只存在于液体表面。(2).(2).液面像紧绷的弹性薄膜。液面像紧绷的弹性薄膜。(1).(1).液体表面有收缩到最小的趋势；液体表面有收缩到最小的趋势；2.2.表面张力表面张力(1)(1)表面表面层：层：在液体与气体交界面，厚度等于分在液体与气体交界面，厚度等于分子有效作用距离子有效作用距离(=10-8 m)的一层液体。的一层液体。(2)(2)表面张力：表面张力：液体的表面层中有一种使液面尽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。可能收缩成最小的宏观张力。2019-6分子力观点：分子力观点：表面张力是由于液体表面层表面张力是由于液体表面层内分子间相互内分子间

4、相互作用与液体内部分子间相互作用不同。作用与液体内部分子间相互作用不同。(3)(3)表面张力产生的微观本质表面张力产生的微观本质 任何系统的势能越小越稳定，所以表面层内的分子有尽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，即液面有收缩的趋势，使液面量挤入液体内部的趋势，即液面有收缩的趋势，使液面呈紧张状态，宏观上就表现为液体的表面张力。呈紧张状态，宏观上就表现为液体的表面张力。体积一定体积一定,球体的表面积最小球体的表面积最小;从能量观点来分析从能量观点来分析u把分子从液体内部移到表面层，需克服把分子从液体内部移到表面层，需克服 f 作功作功;外外力作功力作功,分子势

5、能增加分子势能增加,即即表面层内分子的势能比液体表面层内分子的势能比液体内部分子的势能大，表面层为高势能区内部分子的势能大，表面层为高势能区;2019-7 设想在液面上画一条直线设想在液面上画一条直线段，线段两侧液面均有收缩的段，线段两侧液面均有收缩的趋势，即有趋势，即有表面张力作用，该表面张力作用，该力与液面相切力与液面相切,与线段垂直，与线段垂直，指指向各自的一方向各自的一方,分别用分别用F 和和F表表示，这恰为一对作用力与反作示，这恰为一对作用力与反作用力，用力，F=-F。(4).(4).表面张力系数（定义一）表面张力系数（定义一）为为表面张力系数表面张力系数，表示液体表面单位长度直线段

6、表示液体表面单位长度直线段上的表面张力，单位：上的表面张力，单位：N/m 。由于线段上各点均有表面张力作用由于线段上各点均有表面张力作用,线段越长线段越长,则则合力越大。设线段长为合力越大。设线段长为 l,则：则：F =l 。FF2019-8如图所示，铁丝框上挂有液膜，表面如图所示，铁丝框上挂有液膜，表面张力系数为张力系数为 ，将，将AB边边无摩擦无摩擦、匀匀速速、等温等温地右移地右移x，在，在AB边上加的边上加的力为：力为：F=2=2 l ，则在这个过程中外，则在这个过程中外力力F 所做的功为所做的功为:其中其中S S=2lx ,是是AB 向右移动过程中液面面积的增量向右移动过程中液面面积的

7、增量。外。外力克服分子间引力做功，液体表面能增加，若用力克服分子间引力做功，液体表面能增加，若用E 表示表表示表面能增量，则：面能增量，则：SxlxFW 2SWE SWSE 表面张力系数在数值上等于增加单位液体表面积时，外力所表面张力系数在数值上等于增加单位液体表面积时，外力所需做的功，或增加单位液体表面积时，所增加的表面能需做的功，或增加单位液体表面积时，所增加的表面能比表面能比表面能；(5).(5).表面张力系数与表面能增量（定义二）表面张力系数与表面能增量（定义二）f BAB A F2019-9二：附加压强的产生二：附加压强的产生 在液体表面上取一小面积在液体表面上取一小面积S,由于液面

8、水平，由于液面水平，表面张力沿水平方向，表面张力沿水平方向，S 平衡时，其边界表平衡时，其边界表面张力相互抵消面张力相互抵消,S 内外压强相等：内外压强相等：PB=PA0PS PffAB 1.1.平液面平液面2019-102.2.液面弯曲液面弯曲1)凸液面凸液面时，如图时，如图 S周界上周界上表面张力沿切线方向，合力表面张力沿切线方向，合力指向液面内，指向液面内，S好象紧压在好象紧压在液体上，使液体受一附加压液体上，使液体受一附加压强强ps，由力平衡条件，液面，由力平衡条件，液面下液体的压强：下液体的压强：ps为正为正;附加压强使得液体内部压强大于外部压强。附加压强使得液体内部压强大于外部压强

9、。S 0PsPPffAB sp0BPP 2019-112）凹凹液面液面时，如图时，如图 S周周界上表面张力的合力指向界上表面张力的合力指向外部，外部，S好象被拉出，液好象被拉出，液面内部压强小于外部压强，面内部压强小于外部压强，液面下压强：液面下压强：总之：附加压强使弯曲液面内外压强不等，与液面总之：附加压强使弯曲液面内外压强不等，与液面曲率中心同侧的压强恒大于另一侧，曲率中心同侧的压强恒大于另一侧，任何弯曲液面都对液体产生附加压强；任何弯曲液面都对液体产生附加压强；附加压强方向恒指向弯曲液面的曲率中心；附加压强方向恒指向弯曲液面的曲率中心；sp0BPP S 0PsPPffA B 2019-1

10、2三、球形液面的附加压强三、球形液面的附加压强-拉普拉斯公式拉普拉斯公式设有一半径为设有一半径为R的球形的球形液滴液滴，其表，其表面张力系数为面张力系数为，是凸液面，则液，是凸液面，则液滴表面层内外的压强滴表面层内外的压强:sp外内PPlp内内P外外r l R F F/F n在液体表面，取微小球冠形液在液体表面，取微小球冠形液体元，球冠的边缘线体元，球冠的边缘线l存在表面张存在表面张力力F，沿球冠表面切线方向。，沿球冠表面切线方向。n由于球冠很小，忽略其重力。由于球冠很小，忽略其重力。n受力分析：受力分析：,P2r内,P2r外表面张力表面张力F2019-13n沿边缘线一周，沿边缘线一周，F/相

11、互抵消，作相互抵消，作用在球冠边缘线上用在球冠边缘线上 的表面张力的合的表面张力的合力为：力为：sinsinsinllFFFrl2n受力平衡受力平衡：Frr22PP外内rsin2PP 外内R2PP外内Rrsin2019-14附加压强：附加压强：Rps2球形液面附加压强公式球形液面附加压强公式RppRppii2200凹液面：凸液面：l 球形液面附加压强与表面张力系数成正比，与球面半径球形液面附加压强与表面张力系数成正比，与球面半径R成反比。成反比。l 适用于适用于任何液面任何液面：球面、半球面、凹凸面，：球面、半球面、凹凸面，R是液面处的曲率半径；是液面处的曲率半径；l 半径越小，附加压强越大；

12、半径越大，附加压强越小；半径越小，附加压强越大；半径越大，附加压强越小；l 半径无限大时，附加压强等于零，这正是半径无限大时，附加压强等于零，这正是水平液面水平液面的情况。的情况。R2PP外内 拉普拉斯公式拉普拉斯公式2019-15四四.球形液泡的球形液泡的内、外压强差内、外压强差 如图如图,由于球形由于球形液泡液泡很薄，有内很薄，有内外两个表面，内外膜半径近似相外两个表面，内外膜半径近似相等，设等，设A、B、C 三点压强分别三点压强分别为为PA、PB、PC ，则，则：RPPAC 4 l液泡内压强大于液泡外压强，并与半径成反比。液泡内压强大于液泡外压强，并与半径成反比。l同样处在大气压下，液泡

13、半径越小，内外的压强同样处在大气压下，液泡半径越小，内外的压强差越大差越大;RO ACBRPPA 2B RPP 2CB RPRP 22CA 2019-16补充：补充：向带有活塞的三通玻璃管向带有活塞的三通玻璃管吹气使两端分别挂上大小不一的肥吹气使两端分别挂上大小不一的肥皂泡，旋转活塞使两气泡连通，观皂泡，旋转活塞使两气泡连通，观察气泡的变化察气泡的变化?l 发现小泡将越来越小，大泡越胀发现小泡将越来越小，大泡越胀越大。这就是小泡的附加压强大于越大。这就是小泡的附加压强大于大泡的附加压强的缘故。大泡的附加压强的缘故。2019-17补充例补充例4 如图，在内半径如图，在内半径r0.3mm的细玻璃管

14、中注水，一部的细玻璃管中注水，一部分水在管的下端形成一凸液面，其半径为分水在管的下端形成一凸液面，其半径为3mm，管中凹液面，管中凹液面的曲率半径与毛细管的内半径相同。求管中所悬水柱的长度的曲率半径与毛细管的内半径相同。求管中所悬水柱的长度h。设水的表面张力系数设水的表面张力系数 73 10-3 Nm.RA 2PP0 rB 2PP0 ghBA PPcmrRgh4.5112 2019-18 润湿润湿:液体沿固体表面液体沿固体表面延展的现象，称延展的现象，称液体润液体润湿固体湿固体。(水水玻璃玻璃)五、润湿与不润湿五、润湿与不润湿1.定义定义不润湿：不润湿：液体在固体表面液体在固体表面上收缩的现象

15、，称上收缩的现象，称液体不液体不润湿固体润湿固体。(水水石蜡石蜡)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。2019-19内聚力内聚力：附着层内分子所受附着层内分子所受液体液体 分子引力之和。分子引力之和。2.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：附着层内分子所受附着层内分子所受固体固体 分子引力之和。分子引力之和。附着层：附着层：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或固体分子有效作用半径（以大者为准）的一（以大者为准）的一

16、层液体。层液体。附附f内内fA 2019-20(2)(2)当当 f附附 f内内,A 分子所受合力分子所受合力 f 垂垂直于附着层指向固体，直于附着层指向固体，液体内部分子液体内部分子势能大于附着层中分子势能，势能大于附着层中分子势能，液体内液体内的分子尽量挤进附着层，使附着层扩的分子尽量挤进附着层，使附着层扩展，宏观上表现为展，宏观上表现为液体润湿固体液体润湿固体。fA2019-21 在液体与固体接触面的边界处，作液体表面及在液体与固体接触面的边界处，作液体表面及固体表面的切线，这两切线通过固体表面的切线，这两切线通过液体内部液体内部的夹角称的夹角称接触角接触角，用，用 表示。表示。3.接触角

17、接触角液液体体润润湿湿固固体体；,2 。液液体体完完全全润润湿湿固固体体，0 液液体体不不润润湿湿固固体体；,2 。液液体体完完全全不不润润湿湿固固体体，2019-22 OO注意：注意：两切线通过两切线通过液体内部液体内部的夹角称的夹角称接触角接触角 2019-23六、毛细现象六、毛细现象水在细玻璃管中水面上升；水在细玻璃管中水面上升；水银在玻璃管中液面下降；水银在玻璃管中液面下降；1.1.毛细现象毛细现象润湿管壁的液体在细管里升高，不润湿管壁的液体在细润湿管壁的液体在细管里升高，不润湿管壁的液体在细管里下降的现象。管里下降的现象。原因：表面张力及润湿、不润湿。原因：表面张力及润湿、不润湿。细

18、管称毛细管。细管称毛细管。毛细管：纸张、灯芯、纱布中的纤维、土壤、植物的根茎等毛细管：纸张、灯芯、纱布中的纤维、土壤、植物的根茎等2019-242.2.管内液面上升（或下降）的高度管内液面上升（或下降）的高度 (1)1)液体润湿管壁液体润湿管壁C B A 半径为半径为r的毛细管刚插入水中时，的毛细管刚插入水中时，为锐角为锐角,管内液面为凹液面，管内液面为凹液面，PC=P0 ,PB P0 ,B、C 为等高点，但为等高点，但PB0,液面上升液面上升h0,液面下降液面下降2019-27补充例题补充例题,如图如图,盛有水的盛有水的U形管中，细管的内半径形管中，细管的内半径rA=5.0 10-5m，粗管

19、的内半径粗管的内半径rB2.0 10-4m。设水能完全润湿玻璃管壁，。设水能完全润湿玻璃管壁，且巳知水的表面张力系数且巳知水的表面张力系数73 10-3Nm,试求左右两管水面的高度差试求左右两管水面的高度差h。；ghrB AB0BA0APP;cos2PPrcos2PPcmrrghBA3.22112 2019-28气体栓塞现象和悬着水气体栓塞现象和悬着水毛细现象在科学技术和日常生活中都有着重要作用。毛细现象在科学技术和日常生活中都有着重要作用。l在工程技术中利用毛细管现象可使润滑油通过孔隙进入机在工程技术中利用毛细管现象可使润滑油通过孔隙进入机器零件中润滑机器；器零件中润滑机器；l动物体内的微血

20、管及植物体内的导管动物体内的微血管及植物体内的导管都可视为很细的毛细都可视为很细的毛细管，故毛细现象在生理学的研究中亦起着很重要的作用。管，故毛细现象在生理学的研究中亦起着很重要的作用。2019-29一、毛细管的气体栓塞现象一、毛细管的气体栓塞现象 如图，毛细管中有一段液体，液体左右两端压强相如图，毛细管中有一段液体，液体左右两端压强相等等,形成对称的弯液面，欲使液柱向右移动，形成对称的弯液面，欲使液柱向右移动，则在左侧加则在左侧加一压强一压强P，这时两侧液面形状改变，右侧曲率半径增大，这时两侧液面形状改变，右侧曲率半径增大,左侧曲率半径减小，产生向左的附加压强差左侧曲率半径减小，产生向左的附

21、加压强差 ps来抵抗来抵抗P ,当当P 达到一定程度时，液柱才能移动。达到一定程度时，液柱才能移动。当毛细管中有很多气泡，当毛细管中有很多气泡，则外加几个大气压都不能使则外加几个大气压都不能使液柱移动，形成栓塞液柱移动，形成栓塞,称称气气体栓塞现象体栓塞现象。pppP+p2019-30（1 1）肌注、输液、输血时要防止气泡进入。）肌注、输液、输血时要防止气泡进入。3 3、要注意避免气体栓塞、要注意避免气体栓塞（2 2）人员从高压环境中脱离时（如：潜水）人员从高压环境中脱离时（如：潜水员由深水上浮），应采取减压缓冲措施，员由深水上浮），应采取减压缓冲措施，避免血管中气泡形成。避免血管中气泡形成。

22、（3 3）植物体内输送营养液的导管很细，若）植物体内输送营养液的导管很细，若温度突然升高，溶解在液汁中的气体会析出温度突然升高，溶解在液汁中的气体会析出形成气泡，导管栓塞，一部分枝叶因缺乏营形成气泡，导管栓塞，一部分枝叶因缺乏营养液的补充而凋萎。养液的补充而凋萎。2019-31小小 结结一、表面张力一、表面张力1.表面张力表面张力:f =l 2.表面能表面能:SE 二、弯曲液面的附加压强二、弯曲液面的附加压强1.平液面平液面:0PP 2.2.凸液面凸液面:sPPP 03.3.凹液面凹液面:sPPP 04.4.单球形液面单球形液面:RPPRPP 2)()2(2)()1(00 ：如如液液中中气气泡

23、泡凹凹液液面面：如如气气中中液液滴滴凸凸液液面面5.5.球形液泡球形液泡:RPP 4 外外内内2019-32三、润湿与不润湿三、润湿与不润湿液液体体润润湿湿固固体体；,2 。液液体体完完全全润润湿湿固固体体，0 液液体体不不润润湿湿固固体体；,2 。液液体体完完全全不不润润湿湿固固体体，四、毛细现象四、毛细现象(1)1)液体润湿管壁液体润湿管壁:grgRh cos22 (2(2)液体不润湿管壁液体不润湿管壁:grgRh cos22 r2R2ggh ，完完全全不不润润湿湿，r2R20ggh ，完完全全润润湿湿，2019-332019-342、同一液体的两个球形膜碰在一起后形、同一液体的两个球形膜

24、碰在一起后形成如图所示的对称连体膜，连体膜的两个成如图所示的对称连体膜，连体膜的两个球面（实为超过半球面的部分球面）的半球面（实为超过半球面的部分球面）的半径均为径均为R，中间圆膜半径为，中间圆膜半径为r，圆膜边缘恰，圆膜边缘恰好为一匀质柔软细线所占。已知液体的表好为一匀质柔软细线所占。已知液体的表面张力系数为面张力系数为，不计重力，试求细线中的，不计重力，试求细线中的张力张力T。2019-35后面内容直接删除就行后面内容直接删除就行资料可以编辑修改使用资料可以编辑修改使用资料可以编辑修改使用资料可以编辑修改使用资料仅供参考，实际情况实际分析资料仅供参考，实际情况实际分析The user ca

25、n demonstrate on a projector or computer,or print the The user can demonstrate on a projector or computer,or print the presentation and presentation and make make it into a film to be used in a wider fieldit into a film to be used in a wider field3、在水平放置的洁净的平玻璃板上倒入一些水银，由在水平放置的洁净的平玻璃板上倒入一些水银，由于重力与表面张力的影响，水银于重力与表面张力的影响，水银近似呈圆饼形状（侧面向外突出），过圆饼轴线的竖直近似呈圆饼形状（侧面向外突出），过圆饼轴线的竖直截面如图所示，为了计算方便，水截面如图所示，为了计算方便，水银和玻璃的接触角可按银和玻璃的接触角可按1800计算，已知水银的密度计算，已知水银的密度=13.6103kg/m3，水银的表面张力系数，水银的表面张力系数=0.49N/m，当圆饼的半径很大时，试估算其厚度，当圆饼的半径很大时，试估算其厚度h的数的数值大约是多少？（取值大约是多少？（取1为有效数字）为有效数字）2019-38