高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第三册第四节 液体的表面张力学案及答案

第四节　液体的表面张力

[学习目标]　 1.了解液体的表面张力现象，能解释液体表面张力产生的原因.2.了解浸润和不浸润现象及毛细现象产生的原因．

一、表面张力

1．定义：液体表面层单位体积内的分子数目相对液体内部会更少，分子间距相对更大一些，因而表面层分子间的分子力表现为引力．这种使液体表面收缩的相互作用的张力称为表面张力．

2．作用：表面张力使液滴的表面积尽可能地减小．在体积一定的情况下，球形在所有几何体中表面积最小，所以露珠的形状接近于球形．

二、毛细现象

1．浸润和不浸润

(1)浸润：液体与固体的接触面有扩张的趋势，液体会附着在固体上，这种现象称为浸润．

(2)不浸润：液体与固体的接触面有收缩的趋势，液体不会附着在固体上，这种现象称为不浸润．

2．毛细现象：浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象．

1．判断下列说法的正误．

(1)表面张力的作用是使液面具有收缩的趋势，是分子力的宏观表现．(　√　)

(2)昆虫可以在水面上自由走动是表面张力在起作用．(　√　)

(3)水对所有固体都浸润．(　×　)

(4)毛细管插入水中，管的内径越大，管内水面升高的越高．(　×　)

2．要增强雨伞的防水作用，伞面可选择对水是________(选填“浸润”或“不浸润”)的布料；布料经纬线间空隙很小，小水珠落在伞面上由于________的作用不能透过空隙．

答案　不浸润　表面张力

一、液体的表面张力

导学探究

如图1所示是液体表面附近分子分布的大致情况．

图1

请结合图片思考：

(1)液体表面层内的分子间距离和分子力各有什么特点？

(2)小昆虫、缝衣针在水面上不下沉与小木块浮在水面上的道理相同吗？

答案　(1)液体表面层内分子间相对距离更大一些，分子间作用力表现为引力．

(2)不同．小昆虫、缝衣针能在水面上不下沉是液体表面张力在起作用．小木块浮在水面上是重力和水的浮力平衡的结果．

知识深化

1．液体表面张力的成因分析

液体表面层分子比较稀疏，分子间的作用力表现为引力，该引力使液面产生了表面张力，使液体表面形成一层绷紧的膜．

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，在完全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)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2所示．

图2

(多选)(2020·江苏常州高级中学高二期中)下列关于液体表面张力的说法中，正确的是(　　)

A．液体表面张力的存在，使得表面层内分子的分布比内部要密些

B．液体表面张力产生的原因是液体表面层分子比较稀疏，分子间斥力大于引力

C．液体表面层分子间只有引力而无斥力是产生表面张力的原因

D．表面张力使液体表面有收缩到最小面积的趋势

答案　D

解析　液体表面张力的存在，使得液体表面绷紧，但表面层分子的分布比内部稀疏，故A错误．液体表面与气体接触，使得表面层的分子间距大于液体内部分子间的距离，液体表面层的分子间同时存在引力和斥力，但是由于分子间的距离大于分子的平衡距离r0，分子间的引力大于斥力，分子间作用力表现为引力，即存在表面张力，故B、C错误．表面张力使液体表面有收缩到最小面积的趋势，故D正确．

(多选)下列现象中，能说明液体存在表面张力的有(　　)

A．水黾(一种昆虫)可以停在水面上

B．叶面上的露珠呈球形

C．滴入水中的红墨水很快散开

D．悬浮在水中的花粉做无规则运动

答案　AB

解析　由于表面张力的存在，使得液体表面如同一张绷紧的橡皮膜，富有弹性且具有使液体表面收缩到最小的趋势，水黾可以停在水面上，叶面上的露珠呈球形都是由于存在表面张力，故选项A、B正确；滴入水中的红墨水很快散开是扩散现象，悬浮在水中的花粉做无规则运动是由于水分子在做无规则运动造成的，选项C、D错误．

二、毛细现象

导学探究

(1)把一块玻璃分别浸入水和水银里再取出来，可观察到从水银中取出的玻璃上没有附着水银，从水中取出的玻璃上会沾上一层水．为什么会出现上述不同的现象呢？

(2)如图3所示，在灌溉完土地后农民伯伯往往利用翻松地表土壤的方法来保存土壤里的水分，你知道这是为什么吗？

图3

答案　(1)水银不浸润玻璃，而水浸润玻璃．

(2)把地表土壤锄松，破坏了土壤表层的毛细管，地下的水分就不会沿毛细管上升到地面而被蒸发掉．

知识深化

1．浸润和不浸润的形成原因

(1)附着层内分子受力情况

液体和固体接触时，附着层的液体分子除受液体内部的分子吸引外，还受到固体分子的吸引．

(2)浸润的成因

当固体分子吸引力大于液体内部分子力时，这时表现为液体浸润固体．

(3)不浸润的成因

当固体分子吸引力小于液体内部分子力时，这时表现为液体不浸润固体．

特别提醒　浸润和不浸润是发生在两种材料(液体与固体)之间的，与这两种物质的性质都有关系，不能单说哪一种材料浸润或不浸润．例如：水能浸润玻璃，但不能浸润石蜡；水银不能浸润玻璃，但能浸润铅．

2．毛细现象的产生原因

毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系．

如图4所示，甲是浸润情况，此时管内液面呈凹形，因为液体的表面张力的作用，液体会受到向上的作用力，因而管内液面要比管外高；乙是不浸润情况，管内液面呈凸形，表面张力的作用使液体受到向下的力，因而管内液面比管外低．

图4

(多选)关于图5，下列说法正确的是(　　)

图5

A．图甲为浸润现象，图乙为不浸润现象

B．图甲为不浸润现象，图乙为浸润现象

C．图甲中附着层的液体分子比液体内部的分子间距小

D．图乙中附着层的液体分子比液体内部的分子间距小

答案　AC

解析　由题图可知，题图甲为浸润现象，题图乙为不浸润现象，A正确，B错误；根据浸润与不浸润的特点可知，浸润时，附着层的液体分子比液体内部的分子间距小，不浸润时，附着层的液体分子比液体内部的分子间距大，C正确，D错误．

(多选)在做毛细现象实验时，我们可以看到的现象是(　　)

A．毛细管插入水中，管内径越小，管内水面升高的越高；管内径越粗，管内水面升高的越低

B．毛细管插入水银中，管内径越小，管内水银面升高的越高；管内径越粗，管内水银面升高的越低

C．毛细管插入浸润的液体中时管内液面上升，插入跟它不浸润的液体中时管内液面下降

D．毛细管插入跟它不浸润的液体中时管内液面上升，插入浸润的液体中时管内液面下降

答案　AC

解析　毛细管插入水中，管内径越小，管内水面升高的越高；管内径越粗，管内水面升高的越低，故选项A正确；将毛细管插入水银中，管内液面会下降，故选项B错误；毛细管插入浸润的液体中时管内液面上升，插入跟它不浸润的液体中时管内液面下降，故选项C正确，D错误.

考点一　表面张力

1．(多选)(2020·佛山市顺德区容山中学高二期中)关于液体表面张力，下列说法正确的有(　　)

图1

A．图1甲中露珠呈球形，这是地球引力作用的结果

B．乙图中的液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，产生表面张力

C．丙图中水黾可以停在水面上，是由于水的浮力作用

D．丁图中液体表面张力方向与液面平行

答案　BD

解析　题图甲中露珠呈球形，这是液体表面张力的结果，故A错误；题图乙中液体表面层分子间的距离大于液体内部分子间的距离，分子力表现为引力，从而产生表面张力，故B正确；题图丙中水黾可以停在水面上，是由于水的表面张力作用，故C错误；题图丁中液体表面张力方向与液面平行，故D正确．

2．下列现象中，不是由于液体的表面张力造成的是(　　)

A．船浮于水面上

B．硬币或钢针浮于水面上

C．绸布伞有缝隙但不漏雨水

D．锋利的玻璃片，用酒精灯烧一段时间后变钝了

答案　A

解析　船浮于水面上是水的浮力造成的，故选A.

3．(多选)下列说法正确的是(　　)

A．小昆虫能在水面上自由来往而不陷入水中靠的是液体的表面张力作用

B．小木块能够浮于水面上是液体表面张力与其重力平衡的结果

C．缝衣针浮在水面上不下沉是重力和水的浮力平衡的结果

D．喷泉喷射到空中形成一个个球形的小水珠是表面张力作用的结果

答案　AD

解析　小昆虫在水面上“站定”或行进过程中，其脚部位置比周围水面稍下陷，但仍在水面上而未陷入水中，就像踩在柔韧性非常好的膜上一样，这是液体的表面张力在起作用，浮在水面上的缝衣针与小昆虫情况一样，故A正确，C错误；小木块浮于水面上时，木块的下部实际上已经陷入水中(排开一部分水)，受到水的浮力作用，是浮力与重力平衡的结果，而非表面张力在起作用，故B错误；喷泉喷到空中的水分散时，每一小部分的表面都有表面张力在起作用且水近似处于完全失重状态，因而形成球状水珠(体积一定情况下以球形表面积为最小，表面张力的作用使液体表面有收缩到最小面积的趋势)，故D正确．

考点二　毛细现象

4．(多选)下列关于浸润和不浸润的说法正确的是(　　)

A．液体可分为浸润液体和不浸润液体

B．同一液体可能是浸润的，也可能是不浸润的

C．浸润产生的原因是附着层内液体分子分布比液体内部密集

D．浸润形成的凹液面是液面中间下陷造成的

答案　BC

解析　浸润还是不浸润不是由液体单独决定的，而是由液体和容器的材质共同决定的，即同一液体，盛放在不同材质的容器中，可能是浸润的，也可能是不浸润的，故A错误，B正确；浸润产生的原因是附着层内液体分子分布比液体内部密集，相互排斥，导致液面四周上升，形成凹液面，故C正确，D错误．

5．(多选)将细管插入液体中，能观察到的现象是(　　)

A．玻璃细管插入水中，管内液面高于管外

B．塑料细管插入水中，管内液面高于管外

C．管越细，管内外液面的高度差越大

D．毛细现象的产生与表面张力有关

答案　ACD

解析　水浸润玻璃，不浸润塑料，所以玻璃细管内的液面高于管外，塑料细管内的液面低于管外，故A正确，B错误；实验表明，管越细，管内外液面的高度差越大，故C正确；管内液面是弯曲的，所以表面张力不再水平，它就将液面向上或向下拉，故D正确．

6．(多选)下列情况属于毛细现象的是(　　)

A．墨水打翻了，用粉笔可以把墨水吸干

B．洗头的时候，头发聚在一起

C．植物根部的养分，能升到植物的上部

D．自来水笔灌墨水时，把皮管按几下，墨水就被吸到皮管里去了

答案　AC

解析　墨水打翻了，用粉笔可以把墨水吸干，属于毛细现象，选项A正确；洗头的时候，头发聚在一起，是表面张力的作用，选项B错误；植物根部的养分，能升到植物的上部，是毛细现象，选项C正确；自来水笔灌墨水时，把皮管按几下，墨水就被吸到皮管里去了，这是大气压的作用，选项D错误．

7．(多选)把极细的玻璃管插入水中与水银中，如图所示，正确表示毛细现象的是(　　)

答案　AC

解析　因为水能浸润玻璃，无论管内外均为浸润，所以A正确，B错误；水银不浸润玻璃，C正确；D中外面浸润，里面不浸润，所以是不可能的，D错误．

8．(多选)(2020·江西九江市模拟)关于液体，下列叙述正确的是(　　)

A．露珠呈球形是因为液体的表面张力

B．液体的表面张力垂直于液面指向液体的内部

C．液体与固体接触的附着层分子如果比液体内部更稀疏，则液体与固体表现为浸润

D．对特定的液体和特定材质的毛细管，管的内径越细毛细现象越明显

答案　AD

解析　露珠呈球形是因为液体的表面张力，故A正确；表面张力产生在液体表面层，它的方向沿液面切线方向与分界线垂直，使液面收缩，故B错误；液体对某种固体是浸润的，这时固体分子与液体分子间的引力相当强，造成附着层内分子的分布比液体内部更密，故C错误；对特定的液体和特定材质的毛细管，管的内径越细毛细现象越明显，故D正确．

9．(多选)(2020·吴江汾湖高级中学高二月考)关于液体的特点，下列描述正确的是(　　)

A．每一个液体分子都没有固定的位置，液体分子的平衡位置时刻变动

B．液体表面层的分子分布要比液体内部分子分布紧密些

C．从燃烧的蜡烛上滴下来的蜡，冷却后呈球形是由于表面张力造成的

D．在夏季，人穿棉线衣服感觉舒适是因为汗水对棉线浸润

答案　ACD

解析　液体分子永不停息地做无规则的热运动，没有固定的平衡位置，故A正确；由于液体表面张力的存在，所以液体表面层的分子分布要比液体内部分子分布稀疏，故B错误；从燃烧的蜡烛上滴下来的蜡，冷却后呈球形是由于表面张力造成的，故C正确；因为汗水对棉线是浸润的，所以在夏季，人穿棉线衣服感觉舒适，故D正确．

10．(多选)(2020·南昌十中高二月考)液体的浸润和不浸润现象取决于液体分子和与之接触的固体分子之间的相互作用力的大小，相互接触的区域称之为“附着层”．液体的表面与空气接触的薄层叫作表面层．关于液体表面张力和浸润现象的微观解释，下列说法正确的是(　　)

图2

A．液体表面张力产生的原因是液体表面层分子比较稀疏，分子间引力大于斥力

B．液体表面张力产生的原因是液体表面层分子比较稀疏，分子间斥力大于引力

C．图2甲是浸润现象，浸润原因是附着层里的分子比液体内部更加密集，附着层分子间表现为斥力

D．图乙是浸润现象，浸润原因是附着层里的分子比液体内部更加密集，附着层分子间表现为斥力

答案　AC

解析　液体表面张力的产生原因是：液体表面层分子比较稀疏，分子间引力大于斥力，分子力表现为引力，故A正确，B错误．附着层中液体分子比液体内部分子稀疏，附着层内液体分子间距离大于r0，附着层内分子间作用力表现为引力，附着层有收缩的趋势，表现为不浸润；附着层中液体分子比液体内部分子密集，附着层内液体分子间距离小于r0，附着层内分子间作用力表现为斥力，附着层有扩张趋势，表现为浸润．故C正确，D错误．

11．水对玻璃是浸润液体，而水银对玻璃是不浸润液体，它们在毛细管中将发生上升或下降现象，现把粗细不同的三根毛细管插入水或水银中，液柱如图所示，其中正确的现象应是(　　)

答案　D

解析　水银对玻璃是不浸润液体，不浸润液体在毛细管内附着层液体的分子密度较小，液体分子间距较大(大于r0)，此时附着层内的分子相互作用表现为引力，液面呈现收缩的趋势，即液面下降，故不浸润液体在毛细管内下降，而且毛细管越细，不浸润液体在毛细管内下降的高度越大，故A、C错误；水对玻璃是浸润液体，浸润液体在毛细管内上升，而且毛细管越细，浸润液体在毛细管内上升的高度越大，故B错误，D正确．

12．如图3所示，金属框架的A、B间系一个棉线圈，先使框架布满肥皂膜，然后将P和Q两部分的肥皂膜刺破，线的形状将变成下列选项图中的(　　)

 　图3

答案　C

解析　由于液体表面张力的作用，液体表面有收缩到最小的趋势，故C正确．