表面张力的教学探讨教育论文

关于表面张力的教学探讨教育论文

　　【摘要】物理学内容的应用是很广泛的，学生应重视学习物理。这也是当今社会培养学生崇尚科学、适应现代社会科学技术高速发展的需要。

　　【关键词】物理 表面张力 表面层

　　表面张力的内容比较抽象，不容易被理解，是学生们学习中比较难掌握的一部分知识。如何调动学生们学习的热情，使其理解概念，总结规律，将所学的物理知识联系自然现象，从而提高学生的自身素质，应该是教师积极探索的。作者认为从以下几个方面组织教学，应该会取得不错的教学效果。

　　一、液体的表面张力产生的原因

　　表面张力来自于什么?要解释这个问题首先要理解表面层的概念，然后通过分析表面层分子间距离与其受力情况，总结什么是表面张力。

　　1.液体跟气体接触的表面形成一个薄层，通常称之为表面层。液体的表面层是介于空气和液体之间的。

　　2.表面层里的分子间距离及其运动情况与液体内部均不相同。表面层分子间的距离小于气体分子间的距离、大于液体分子间的距离。气体分子对液面分子的作用极其微弱，表面层的分子主要受到来自液体内部分子的作用，与液体内的分子相比，表面层的分子受到的作用要弱些，因而振动的振幅要比液内分子大些，分子间平均距离也相应大些，所以表面层分子的分布比液体内部稀疏。

　　3.分子间的作用力与分子间的距离有关。在液体内部分子间既存在着引力，又存在着斥力，引力和斥力的数量级相同，在通常的条件下可以认为它们的大小是相等的。而表面层里分子间的距离增大，引力和斥力都减小，但斥力减小得更快，所以，分子间的相互作用表现为引力。

　　所以可作小结：从微观上看，表面张力是因为液体表面薄层内分子间的相互作用， 它不同于液体内部分子间的相互作用，从而使液体表面层具有一种特殊性质， 宏观上便表现出液体表面具有收缩的趋势， 整个液面就会处在一种张紧的状态， 表面上出现张力。简单地说表面张力是液体表面层相邻部分之间的吸引力。可见液体表面张力是一部分液面与另一部分液面之间的相互作用， 施力物体和受力物体都是液体。如果在液面上划一条分界线，把液面分为A和B 两部分，那么，由于表面层中分子间的引力，液面A对液面B有引力FAB的作用，液面B对液面A有引力FBA作用，FAB和FBA大小相等、方向相反，这种存在于各部分液面间的相互吸引力称为液体的表面张力。

　　二、液体的表面张力的方向

　　表面张力是跟液体表面共面或相切的。如果液面是平面，表面张力就在这个平面上；如果液面是曲面，表面张力就在这个曲面的切面上。作用在任何一部分液面上的表面张力，总是跟这部分液面的分界线垂直。当液面中间没有分界线时，可以任意画一条线，表面张力都与该线垂直。因此表面张力在液面里各个方向都有，使液面像一张绷紧的橡皮膜。

　　三、液体的表面张力的大小

　　由于表面张力来自于大量分子间的引力，是大量分子引力的宏观表现，如果参与作用的分子越多，宏观的表面张力就越大。因此表面张力与所研究的那部分液面的周界线的'长度L成正比；不同性质的液体，表面张力应不同，因此引入了表面张力系数σ，实验发现表面张力系数与液体性质、温度和纯度有关，故表面张力表示为：F =σL。 四、液体的表面张力所产生的压强

　　由于表面张力作用，弯曲液面有一个特点，就是在它的下面产生附加压强，其数值为P =2σR，显然该附加压强和表面张力系数成正比和表面的半径R成反比。表面弯曲越厉害，其半径R越小，附加压强P就越大。对凸液面，液面内压强大于液面外压强，附加压强P向下；对凹液面，液面内压强小于液面外压强，附加压强P向上。

　　通过以上几方面的分析讲解，学生们对液体的表面张力应该有了清晰的认识，所以通过具体解释在平静的水面上轻轻放上一枚硬币而不下沉的现象，使学生们进一步加深对表面张力的理解。

　　对于这个现象，部分同学们会认为硬币不下沉是由于硬币受到了液体的表面张力和重力相平衡的缘故，这显然是错误的。

　　首先，要向学生们明确硬币不可能受到表面张力的作用。因为从硬币中央垂直于液面方向作一分界线把液面分成A、B两部分， 而FAB是A液面对B液面的表面张力， FBA是B液面对A液面的表面张力， FAB与FBA都垂直于分界线与液面相切， 所以显然FAB与FBA都不是作用在硬币上。

　　然后，解释硬币不下沉的原因。由于硬币在水面上的受力情况与其在橡皮膜上的受力情况极为相似，所以可以对比硬币在橡皮膜上的受力，使学生理解的更形象。在橡皮膜上， 硬币受到了重力和膜的支持力这一对平衡力的作用。由于表面张力能使液体表面的分子都互相牵引， 不容易随便脱离，形成一层薄膜， 就好像一张张紧的橡皮膜一样， 只要这层膜不破裂， 硬币便会由于重力的作用而对液面产生一个压力，根据牛顿第三定律，液面也会对硬币产生一个向上的支持力，硬币的重力与这个支持力平衡，所以硬币不下沉，并不是受到液体表面张力的缘故，而是液膜对硬币的支持力在起作用，如果液膜破裂(如滴一滴洗洁精) 则硬币迅速下沉。从上面的分析可知，表面张力与液膜的支持力是根本不同的两个概念。

　　通过以上教学实践，笔者发现，能够激发学生的学习热情，使学生将抽象的物理知识与客观现象相联系，获得良好的教学效果。这也符合了当今社会培养学生崇尚科学、适应现代社会科学技术高速发展的需要。