關於表面張力的教學探討教育論文

關於表面張力的教學探討教育論文

　　【摘要】物理學內容的應用是很廣泛的，學生應重視學習物理。這也是當今社會培養學生崇尚科學、適應現代社會科學技術高速發展的需要。

　　【關鍵詞】物理 表面張力 表面層

　　表面張力的內容比較抽象，不容易被理解，是學生們學習中比較難掌握的一部分知識。如何調動學生們學習的熱情，使其理解概念，總結規律，將所學的物理知識聯絡自然現象，從而提高學生的自身素質，應該是教師積極探索的。作者認為從以下幾個方面組織教學，應該會取得不錯的教學效果。

　　一、液體的表面張力產生的原因

　　表面張力來自於什麼?要解釋這個問題首先要理解表面層的概念，然後透過分析表面層分子間距離與其受力情況，總結什麼是表面張力。

　　1.液體跟氣體接觸的表面形成一個薄層，通常稱之為表面層。液體的表面層是介於空氣和液體之間的。

　　2.表面層裡的分子間距離及其運動情況與液體內部均不相同。表面層分子間的距離小於氣體分子間的距離、大於液體分子間的距離。氣體分子對液麵分子的作用極其微弱，表面層的分子主要受到來自液體內部分子的作用，與液體內的分子相比，表面層的分子受到的作用要弱些，因而振動的振幅要比液內分子大些，分子間平均距離也相應大些，所以表面層分子的分佈比液體內部稀疏。

　　3.分子間的作用力與分子間的距離有關。在液體內部分子間既存在著引力，又存在著斥力，引力和斥力的數量級相同，在通常的條件下可以認為它們的大小是相等的。而表面層裡分子間的距離增大，引力和斥力都減小，但斥力減小得更快，所以，分子間的相互作用表現為引力。

　　所以可作小結：從微觀上看，表面張力是因為液體表面薄層內分子間的相互作用， 它不同於液體內部分子間的相互作用，從而使液體表面層具有一種特殊性質， 宏觀上便表現出液體表面具有收縮的趨勢， 整個液麵就會處在一種張緊的狀態， 表面上出現張力。簡單地說表面張力是液體表面層相鄰部分之間的吸引力。可見液體表面張力是一部分液麵與另一部分液麵之間的相互作用， 施力物體和受力物體都是液體。如果在液麵上劃一條分界線，把液麵分為A和B 兩部分，那麼，由於表面層中分子間的引力，液麵A對液麵B有引力FAB的作用，液麵B對液麵A有引力FBA作用，FAB和FBA大小相等、方向相反，這種存在於各部分液麵間的相互吸引力稱為液體的表面張力。

　　二、液體的表面張力的方向

　　表面張力是跟液體表面共面或相切的。如果液麵是平面，表面張力就在這個平面上；如果液麵是曲面，表面張力就在這個曲面的切面上。作用在任何一部分液麵上的表面張力，總是跟這部分液麵的分界線垂直。當液麵中間沒有分界線時，可以任意畫一條線，表面張力都與該線垂直。因此表面張力在液麵裡各個方向都有，使液麵像一張繃緊的橡皮膜。

　　三、液體的表面張力的大小

　　由於表面張力來自於大量分子間的引力，是大量分子引力的宏觀表現，如果參與作用的分子越多，宏觀的表面張力就越大。因此表面張力與所研究的那部分液麵的周界線的'長度L成正比；不同性質的液體，表面張力應不同，因此引入了表面張力係數σ，實驗發現表面張力係數與液體性質、溫度和純度有關，故表面張力表示為：F =σL。 四、液體的表面張力所產生的壓強

　　由於表面張力作用，彎曲液麵有一個特點，就是在它的下面產生附加壓強，其數值為P =2σR，顯然該附加壓強和表面張力係數成正比和表面的半徑R成反比。表面彎曲越厲害，其半徑R越小，附加壓強P就越大。對凸液麵，液麵內壓強大於液麵外壓強，附加壓強P向下；對凹液麵，液麵內壓強小於液麵外壓強，附加壓強P向上。

　　透過以上幾方面的分析講解，學生們對液體的表面張力應該有了清晰的認識，所以透過具體解釋在平靜的水面上輕輕放上一枚硬幣而不下沉的現象，使學生們進一步加深對錶面張力的理解。

　　對於這個現象，部分同學們會認為硬幣不下沉是由於硬幣受到了液體的表面張力和重力相平衡的緣故，這顯然是錯誤的。

　　首先，要向學生們明確硬幣不可能受到表面張力的作用。因為從硬幣中央垂直於液麵方向作一分界線把液麵分成A、B兩部分， 而FAB是A液麵對B液麵的表面張力， FBA是B液麵對A液麵的表面張力， FAB與FBA都垂直於分界線與液麵相切， 所以顯然FAB與FBA都不是作用在硬幣上。

　　然後，解釋硬幣不下沉的原因。由於硬幣在水面上的受力情況與其在橡皮膜上的受力情況極為相似，所以可以對比硬幣在橡皮膜上的受力，使學生理解的更形象。在橡皮膜上， 硬幣受到了重力和膜的支援力這一對平衡力的作用。由於表面張力能使液體表面的分子都互相牽引， 不容易隨便脫離，形成一層薄膜， 就好像一張張緊的橡皮膜一樣， 只要這層膜不破裂， 硬幣便會由於重力的作用而對液麵產生一個壓力，根據牛頓第三定律，液麵也會對硬幣產生一個向上的支援力，硬幣的重力與這個支援力平衡，所以硬幣不下沉，並不是受到液體表面張力的緣故，而是液膜對硬幣的支援力在起作用，如果液膜破裂(如滴一滴洗潔精) 則硬幣迅速下沉。從上面的分析可知，表面張力與液膜的支援力是根本不同的兩個概念。

　　透過以上教學實踐，筆者發現，能夠激發學生的學習熱情，使學生將抽象的物理知識與客觀現象相聯絡，獲得良好的教學效果。這也符合了當今社會培養學生崇尚科學、適應現代社會科學技術高速發展的需要。