關(guān)于表面張力的教學(xué)探討教育論文

　　【摘要】物理學(xué)內容的應用是很廣泛的，學(xué)生應重視學(xué)習物理。這也是當今社會(huì )培養學(xué)生崇尚科學(xué)、適應現代社會(huì )科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的需要。

　　【關(guān)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(xué)生們學(xué)習中比較難掌握的一部分知識。如何調動(dòng)學(xué)生們學(xué)習的熱情，使其理解概念，總結規律，將所學(xué)的物理知識聯(lián)系自然現象，從而提高學(xué)生的自身素質(zhì)，應該是教師積極探索的。作者認為從以下幾個(gè)方面組織教學(xué)，應該會(huì )取得不錯的教學(xué)效果。

　　一、液體的表面張力產(chǎn)生的原因

　　表面張力來(lái)自于什么?要解釋這個(gè)問(wèn)題首先要理解表面層的概念，然后通過(guò)分析表面層分子間距離與其受力情況，總結什么是表面張力。

　　1.液體跟氣體接觸的表面形成一個(gè)薄層，通常稱(chēng)之為表面層。液體的表面層是介于空氣和液體之間的。

　　2.表面層里的分子間距離及其運動(dòng)情況與液體內部均不相同。表面層分子間的距離小于氣體分子間的距離、大于液體分子間的距離。氣體分子對液面分子的作用極其微弱，表面層的分子主要受到來(lái)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(dòng)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布比液體內部稀疏。

　　3.分子間的作用力與分子間的距離有關(guān)。在液體內部分子間既存在著(zhù)引力，又存在著(zhù)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。而表面層里分子間的距離增大，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(guān)上看，表面張力是因為液體表面薄層內分子間的相互作用， 它不同于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(zhì)， 宏觀(guān)上便表現出液體表面具有收縮的趨勢， 整個(gè)液面就會(huì )處在一種張緊的狀態(tài)， 表面上出現張力。簡(jiǎn)單地說(shuō)表面張力是液體表面層相鄰部分之間的吸引力�？梢�(jiàn)液體表面張力是一部分液面與另一部分液面之間的相互作用， 施力物體和受力物體都是液體。如果在液面上劃一條分界線(xiàn)，把液面分為A和B 兩部分，那么，由于表面層中分子間的引力，液面A對液面B有引力FAB的作用，液面B對液面A有引力FBA作用，FAB和FBA大小相等、方向相反，這種存在于各部分液面間的相互吸引力稱(chēng)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。如果液面是平面，表面張力就在這個(gè)平面上；如果液面是曲面，表面張力就在這個(gè)曲面的切面上。作用在任何一部分液面上的表面張力，總是跟這部分液面的分界線(xiàn)垂直。當液面中間沒(méi)有分界線(xiàn)時(shí)，可以任意畫(huà)一條線(xiàn)，表面張力都與該線(xiàn)垂直。因此表面張力在液面里各個(gè)方向都有，使液面像一張繃緊的橡皮膜。

　　三、液體的表面張力的大小

　　由于表面張力來(lái)自于大量分子間的引力，是大量分子引力的宏觀(guān)表現，如果參與作用的分子越多，宏觀(guān)的表面張力就越大。因此表面張力與所研究的那部分液面的周界線(xiàn)的'長(cháng)度L成正比；不同性質(zhì)的液體，表面張力應不同，因此引入了表面張力系數σ，實(shí)驗發(fā)現表面張力系數與液體性質(zhì)、溫度和純度有關(guān)，故表面張力表示為：F =σL。 四、液體的表面張力所產(chǎn)生的壓強

　　由于表面張力作用，彎曲液面有一個(gè)特點(diǎn)，就是在它的下面產(chǎn)生附加壓強，其數值為P =2σR，顯然該附加壓強和表面張力系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。對凸液面，液面內壓強大于液面外壓強，附加壓強P向下；對凹液面，液面內壓強小于液面外壓強，附加壓強P向上。

　　通過(guò)以上幾方面的分析講解，學(xué)生們對液體的表面張力應該有了清晰的認識，所以通過(guò)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(xué)生們進(jìn)一步加深對表面張力的理解。

　　對于這個(gè)現象，部分同學(xué)們會(huì )認為硬幣不下沉是由于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(xué)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于液面方向作一分界線(xiàn)把液面分成A、B兩部分， 而FAB是A液面對B液面的表面張力， FBA是B液面對A液面的表面張力， FAB與FBA都垂直于分界線(xiàn)與液面相切， 所以顯然FAB與FBA都不是作用在硬幣上。

　　然后，解釋硬幣不下沉的原因。由于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(xué)生理解的更形象。在橡皮膜上， 硬幣受到了重力和膜的支持力這一對平衡力的作用。由于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(huì )由于重力的作用而對液面產(chǎn)生一個(gè)壓力，根據牛頓第三定律，液面也會(huì )對硬幣產(chǎn)生一個(gè)向上的支持力，硬幣的重力與這個(gè)支持力平衡，所以硬幣不下沉，并不是受到液體表面張力的緣故，而是液膜對硬幣的支持力在起作用，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持力是根本不同的兩個(gè)概念。

　　通過(guò)以上教學(xué)實(shí)踐，筆者發(fā)現，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習熱情，使學(xué)生將抽象的物理知識與客觀(guān)現象相聯(lián)系，獲得良好的教學(xué)效果。這也符合了當今社會(huì )培養學(xué)生崇尚科學(xué)、適應現代社會(huì )科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的需要。